Un four de six mètres de haut

• Découvrez ici la 1^e partie de l’histoire des chambres à vide.

La plupart des chambres à vide de la future SLS ne sont pas composée d’une, mais de plusieurs pièces qui, une fois fabriquées, sont assemblées les unes avec les autres. Typiquement, certaines de ces pièces sont rectilignes, alors que d’autres présentent une légère courbure pour qu’elles forment un anneau, une fois assemblées.

«Nous avons longtemps réfléchi et bricolé pour trouver le moyen de réaliser cette courbure», explique René Sieber, technicien au PSI. Les pièces rectilignes peuvent être produites à partir d’une pièce de fabrication creuse à l’intérieur. «Nous commençons par un bloc massif en cuivre forgé, car c’est le seul matériau qui présente une densité élevée et la qualité nécessaire», précise-t-il.

Pendant sa visite guidée de l’atelier, René Sieber nous montre les différentes machines d’usinage où plusieurs de ses collaborateurs sont en train de travailler. Leur objectif: finir par obtenir des pièces de chambre propres et brillantes, qu’ils déposent avec précaution dans des caisses en mousse. Le chemin à parcourir pour y arriver est long: «Nous découpons d’abord les cubes de cuivre bruts au jet d’eau, explique René Sieber. Ensuite, nous les chauffons à 250 º C, afin d’éliminer les éventuelles tensions du matériau.»

Les pièces rectilignes des chambres à vide sont usinées sur une machine d’électroérosion à fil: deux machines à taille d’homme sont disponibles à cet effet dans l’atelier. Le processus consiste à faire passer un fil dans la pièce par un premier orifice temporaire. Dans la machine d’usinage, cette pièce et ce fil sont tous deux plongés dans l’eau. Puis on applique une tension électrique: le fil devient un pôle électrique et la pièce l’autre pôle électrique. Sous l’eau, des étincelles passent de l’un à l’autre et enlèvent le matériau de manière précise.

Aussi flexible qu’un macaroni

Un fil tendu ne permet cependant que d’usiner des pièces rectilignes. Pour les pièces de chambre courbes, René Sieber et son équipe ont finalement trouvé la solution: commencer par fabriquer deux demi-coques. Celles-ci peuvent être également fraisées à partir d’un bloc de cuivre massif. Mais là où il ne reste qu’un millimètre d’épaisseur de paroi, les pièces ont «déjà une certaine flexibilité, comme des spaghettis crus, relève René Sieber. Ou plutôt des macaronis. Nos chambres sont en effet creuses à l’intérieur», ajoute-t-il en souriant. Pour que rien ne bouge ni ne se plie, René Sieber et son équipe ont fait modifier l’une de leurs fraiseuses de telle sorte que le bloc de cuivre soit aspiré par le vide sur un support pendant l’usinage.

Souder avec de l’argent

Une fois le fraisage de la coque du dessus et de celle du dessous terminé, il faut les superposer et les souder. «Nous fabriquons un joint brasé avec du fil d’argent, ce qui crée un composé cuivre-argent lorsque l’on chauffe», précise encore René Sieber Comme on peut s’y attendre, ce brasage ne se fait pas à la main avec un fer à souder, mais en chauffant toute la pièce de fabrication dans un four spécial. Ce dernier garantit un joint brasé étanche pour que, lors de l’utilisation ultérieure des chambres à vide, le vide soit vraiment assuré. La chaleur uniforme du four minimise par ailleurs le risque de déformation des pièces.

Le four de brasage se trouve dans une autre salle de l’atelier et surprend par sa forme et sa taille: il est cylindrique et mesure 6 mètres de haut. Il est abrité dans cette salle d’environ 10 mètres de plafond, comme un petit silo dont on peut soulever le couvercle. «Nous n’y brasons pas seulement les demi-coques, explique René Sieber. Nous y brasons aussi avec du fil d’argent l’ensemble des pièces qui composent une chambre à vide.» Cela explique qu’une taille pareille soit nécessaire. Les pièces de la chambre à vide sont empilées verticalement dans le four. «Comme cela, lorsque nos macaronis se ramollissent sous l’effet de la chaleur, comme des pâtes dans l’eau chaude, le tout conserve quand même sa forme.»

Dans le four également, on commence par faire le vide pour éviter que la surface de cuivre ne soit contaminée par des molécules d’air et donc oxydée. Ensuite, on chauffe à près de 1000 º C. «L’ensemble du processus prend environ 20 heures, souligne René Sieber. Et à chaque fois, nous n’avons qu’un seul essai.»

Texte: Institut Paul Scherrer/Laura Hennemann

Dans la 3^e partie, disponible dès le 22.06.2023, vous pourrez lire comment Romain Ganter, physicien, fait découvrir le reste des processus de fabrication sur le site PSI.