Conception de matériaux au niveau atomique

Pour développer les matériaux que la société exigera demain, nous devons penser de manière radicale et collaborative. Grâce à son expertise de premier plan dans le domaine des matériaux, Sandvik est bien placé pour aider à créer le monde de demain.

Sandvik développe de nouveaux matériaux depuis plus de 150 ans. Aujourd'hui, elle est l'un des principaux développeurs de nouveaux matériaux au monde. L'entreprise sait qu'il est essentiel de rester à l'avant-garde des tendances actuelles pour répondre aux demandes des clients et de la société.

Marco Zwinkels, directeur des plates-formes technologiques de R&D chez Sandvik Coromant, explique que la demande de nouveaux matériaux dans l'industrie est principalement motivée par les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile, ainsi que par la volonté d'améliorer la durabilité dans l'ensemble du secteur manufacturier.

Selon M. Zwinkels, cette demande présente des défis similaires pour le développement de nouveaux matériaux par Sandvik, destinés à être utilisés dans les produits de l'industrie et de la fabrication, et pour le développement des outils de coupe de Sandvik.

"La tendance à la réduction du poids dans toutes les formes de transport se traduit par une utilisation croissante de matériaux composites à base de fibres et de matériaux légers tels que le titane", explique-t-il, "Nous constatons une augmentation des composants en aluminium, stimulée par le développement de véhicules électrifiés. Parallèlement, des superalliages plus avancés et résistants à la chaleur sont désormais utilisés pour les turbines dans l'industrie aérospatiale. Ces pièces sont souvent très délicates à usiner, ce qui impose des exigences plus élevées à nos outils".

Le développement de nouveaux matériaux dans le domaine des solutions d'usinage est également motivé par plusieurs problèmes liés au cobalt, l'un des principaux constituants du carbure cémenté, le principal matériau utilisé dans les outils de coupe des métaux et des roches.

Le cobalt devient de plus en plus problématique, explique M. Zwinkels : "Le cobalt a été reclassé comme étant plus dangereux qu'auparavant et les limites d'exposition professionnelle ont été abaissées ; en outre, il est extrait dans des zones de conflit ou à proximité de celles-ci. En outre, il est utilisé dans les batteries des voitures, et l'électrification de ces dernières risque donc de le raréfier."

Essayer de comprendre les besoins futurs

M. Zwinkels explique que Sandvik a une perspective à la fois axée sur les défis et sur les opportunités lorsqu'il s'agit de développer de nouveaux matériaux.

"Du côté des opportunités, nous menons des recherches à long terme en interne, souvent en coopération avec des partenaires institutionnels et universitaires, explique-t-il, nous sondons et suivons le développement de nouveaux matériaux dans les universités. Les besoins proviennent des demandes des clients, des tendances du marché et de l'évolution de l'industrie. Les données essentielles proviennent de notre réseau mondial de vente, d'ingénierie et de spécialistes, ainsi que de la fonction d'intelligence économique. Nous essayons de comprendre à partir de là quel type de développement de matériaux sera nécessaire à l'avenir".

Nous sommes désormais au niveau atomique dans la conception de nos matériaux, ce qui nous permet de créer de nouvelles compositions de matériaux existants.

Susanne Norgren, Group Expert Materials Design chez Sandvik, est également professeur associé en science des matériaux appliqués à l'université d'Uppsala. Pour elle, les développements les plus passionnants en science des matériaux proviennent de nouveaux processus révolutionnaires.

"La fabrication additive et le développement de l'ingénierie computationnelle intégrée des matériaux sont des méthodes qui permettent d'optimiser numériquement les matériaux afin d'obtenir certaines propriétés souhaitées. Nous pouvons également développer et concevoir des matériaux et des composants de manière nouvelle et plus rapide", explique-t-elle, "Le train d'atterrissage du vaisseau spatial imprimé en 3D pour SpaceX est un exemple où cette méthode est utilisée pour passer du niveau atomique au produit fini."

Déplacer les atomes

M. Zwinkels abonde dans le même sens : "La science des matériaux est devenue très mature : nous concevons désormais nos matériaux au niveau atomique, ce qui nous permet de déplacer des atomes pour créer de nouvelles compositions de matériaux existants. La modélisation informatique nous permet de voir quels types de nouvelles compositions seraient possibles et ce qu'il faudrait faire pour les réaliser".

Norgren souligne qu'un autre avantage clé de la fabrication additive est qu'elle permet aux ingénieurs d'éliminer les déchets du processus, ce qui rend les matériaux plus légers et donc plus durables. Je pense que tous les clients de Sandvik en bénéficieront", dit-elle, "et Sandvik en profitera également en interne en termes d'efficacité. Sandvik est très bien équipée en matière de machines d'impression 3D et de savoir-faire.

Sandvik est le principal acteur mondial en matière de recyclage du carbure cémenté.

Le recyclage est peut-être le seul moyen de parvenir à un monde durable. C'est également un domaine que les spécialistes des matériaux explorent de plus en plus, aidés par les nouveaux processus de calcul.

"La raréfaction du cobalt et de nombreux autres matériaux, ainsi que la nécessité de réduire notre empreinte carbone, nous obligent à utiliser 100 % de matières premières recyclées dans nos produits ", explique M. Zwinkels.

"Sandvik est le principal acteur mondial en matière de recyclage du carbure cémenté. Une grande partie des matériaux que nous vendons provient d'outils recyclés, que nous rachetons et convertissons en nouveaux matériaux. C'est ce que nous faisons avec succès depuis de nombreuses années, et cela va devenir de plus en plus important."