Dans la construction d'une plateforme flottante à pression statique de précision, le choix du socle est déterminant pour les performances globales de la plateforme. Les socles de précision en granit et en fonte présentent des caractéristiques propres et des différences notables en termes de stabilité, de facilité de maintien de la précision, de durabilité et de coût.
Premièrement, la stabilité : structure naturelle dense et métallique
Après des millions d'années de transformations géologiques, le granite, composé de quartz, de feldspath et d'autres minéraux, forme une structure très dense et homogène. Face aux perturbations extérieures, telles que les fortes vibrations générées par le fonctionnement de machines imposantes dans un atelier, la base en granite, grâce à sa structure cristalline complexe, les bloque et les atténue efficacement. Elle permet ainsi de réduire de plus de 80 % l'amplitude des vibrations d'une plateforme flottante à pression statique de précision, assurant ainsi une stabilité optimale et des mouvements fluides lors d'opérations de traitement ou de contrôle de haute précision. Par exemple, lors du processus de photolithographie pour la fabrication de puces électroniques, la précision de la caractérisation des motifs est garantie.
Le socle en fonte est fabriqué à partir d'un alliage fer-carbone, et le graphite interne est réparti en feuilles ou en sphères. Bien qu'il présente une certaine capacité d'amortissement des vibrations, son uniformité structurelle est inférieure à celle du granit. En cas de vibrations continues et de forte intensité, le socle en fonte peine à réduire les interférences vibratoires au même niveau que le socle en granit, ce qui peut entraîner de légers écarts dans le mouvement de la plateforme flottante à pression statique de précision, affectant ainsi la précision de cette dernière lors d'opérations ultra-précises.
Deuxièmement, la préservation de la précision : les avantages inhérents à une faible dilatation et le défi posé par la dilatation thermique des métaux.
Le granit est reconnu pour son très faible coefficient de dilatation thermique, généralement de 5 à 7 × 10⁻⁶/°C. Dans un environnement soumis à des fluctuations de température, les dimensions du socle de précision en granit varient très peu. En astronomie, la plateforme hydrostatique à coussin d'air de précision, utilisée pour le réglage fin de la lentille du télescope, est associée à un socle en granit. Même en cas d'importantes variations de température entre le jour et la nuit, cette configuration garantit une précision de positionnement de la lentille inférieure au micron, permettant ainsi aux astronomes de saisir les subtiles dynamiques des corps célestes lointains.
Le coefficient de dilatation thermique de la fonte est relativement élevé, généralement de l'ordre de 10 à 20 × 10⁻⁶/°C. Lorsque la température varie, les dimensions du socle en fonte se modifient sensiblement, ce qui peut facilement provoquer une déformation thermique de la plateforme flottante à pression statique de précision et, par conséquent, une diminution de la précision de déplacement de cette dernière. Lors du meulage de lentilles optiques thermosensibles, la déformation du socle en fonte sous l'effet de la température peut entraîner un écart de précision de meulage supérieur aux limites admissibles et affecter la qualité de la lentille.
Troisièmement, la durabilité : la grande dureté de la pierre naturelle et la résistance à la fatigue des métaux
La dureté du granit est élevée (6 à 7 sur l'échelle de Mohs), offrant une bonne résistance à l'usure. Dans les laboratoires de science des matériaux, la plateforme à coussin d'air statique de précision, fréquemment utilisée, possède une base en granit qui résiste efficacement à l'usure par frottement à long terme. Comparée à une base ordinaire, elle permet d'allonger de plus de 50 % la durée de vie de la plateforme, de réduire les coûts de maintenance et d'assurer la continuité des recherches. Cependant, le granit est un matériau relativement fragile et présente un risque de rupture en cas de choc accidentel.
La base en fonte présente une certaine robustesse et résiste bien aux chocs. Cependant, lors de mouvements alternatifs à haute fréquence et prolongés d'une plateforme flottante à air comprimé de précision, la fonte est sujette à la fatigue, ce qui entraîne des modifications de sa structure interne et affecte la précision et la stabilité du mouvement. Par ailleurs, la fonte est sensible à la rouille et à la corrosion en milieu humide, ce qui réduit sa durabilité. À l'inverse, une base en granit offre une meilleure résistance à la corrosion.
Quatrièmement, le coût de fabrication et la difficulté de traitement : les défis liés à l’extraction et au traitement de la pierre naturelle et le seuil du processus de fonderie des métaux
L'extraction et le transport des matières premières granitiques sont complexes, et leur transformation exige des équipements et des technologies de pointe. En raison de sa dureté élevée et de sa fragilité, les opérations de découpe, de meulage, de polissage et autres sont sujettes à l'effondrement et aux fissures, générant un taux de rebut important et, par conséquent, des coûts de fabrication élevés.
La base en fonte est fabriquée selon un procédé de fonderie éprouvé, grâce à un approvisionnement abondant en matières premières et à un coût relativement faible. Le moule permet une production en série et une productivité élevée. Cependant, pour atteindre le même niveau de précision et de stabilité que la base en granit, les exigences en matière de fonderie et de post-traitement sont extrêmement strictes ; elles nécessitent notamment un usinage de précision et un traitement de vieillissement, ce qui entraîne une augmentation significative du coût.
En résumé, le socle de précision en granit présente des avantages significatifs dans les applications de plateformes flottantes à pression statique de précision exigeant une haute précision, une grande stabilité et une résistance à l'usure ; le socle en fonte offre certains avantages en termes de coût et de robustesse, et convient aux situations où les exigences de précision sont relativement faibles, où la rentabilité est privilégiée et où l'environnement vibratoire et thermique est relativement stable.
Date de publication : 9 avril 2025