Le nitrure de silicium fait partie des matériaux les plus durs de la céramique technique. Étant un excellent conducteur de chaleur, Bach Resistor Ceramics (Bach RC) fabrique à partir de ses propres formulations des éléments chauffants puissants et hautement dynamiques. Lors de l'usinage des pièces en céramique avec des tolérances de quelques micromètres, les Brandenbourgeois s'appuient désormais sur quatre machines de fraisage et de meulage de précision de Röders.
Les pièces en nitrure de silicium offrent de nombreux avantages : grâce à la combinaison d'une grande résistance, d'un faible coefficient de dilatation thermique et d'un module d'élasticité relativement élevé, elles peuvent être chauffées à des températures allant jusqu'à 1 000 °C en quelques secondes. Grâce à des canaux de refroidissement intégrés pour le refroidissement à air comprimé ou à azote, elles peuvent également être refroidies en un temps très court – sans subir de dommages. Des taux de chauffage allant jusqu'à 150 K/min et des taux de refroidissement allant jusqu'à 30 K/min sont atteints.
Cette propriété les rend intéressantes pour de nombreux domaines d'application, notamment pour l'industrie des semi-conducteurs. Chez Bach Resistor Ceramics, environ la moitié des revenus proviennent donc d'éléments chauffants pour ce secteur de haute technologie. De plus, les produits sont utilisés dans la technique d'emballage – principalement pour les aliments – dans la technologie médicale et de four, dans l'impression 3D métallique et pour des applications spéciales.
Aujourd'hui, le spectre des pièces de l'entreprise familiale brandenbourgeoise, située à Seefeld, près de Berlin, comprend plus de 1 000 pièces standard. Des pièces uniques et des petites séries sont fabriquées – d'éléments légers de quelques grammes de la taille d'un timbre à des plaques chauffantes et des mandrins chauffants pour semi-conducteurs pesant plusieurs kilogrammes et mesurant jusqu'à 400 mm de diamètre. Alors que les petits éléments chauffants garantissent, entre autres, que les dosettes de café ou les portions de crème pour café pour la gastronomie sont scellées par la chaleur, les plus grandes pièces contribuent à relier en toute sécurité les plaquettes de frein à leurs étriers.
Les pièces en céramique monolithiques sont uniques au monde
L'entreprise fondée en 1994 à Berlin est, selon ses propres dires, le seul fournisseur au monde capable de fabriquer de manière monolithique des phases de nitrure de silicium conductrices et isolantes en un seul processus de frittage. Grâce à cette technologie de fabrication, les éléments chauffants de BACH RC sont, par rapport aux pièces avec conducteurs imprimés, plus homogènes et nettement plus performants.
Les avantages sont appréciés dans le monde entier : en 2025, 60 employés ont généré environ 10 millions d'euros de chiffre d'affaires. Grâce à des partenaires de distribution au Japon, en Corée du Sud, à Taïwan, en Chine, aux États-Unis, au Danemark, en Italie, en Autriche et en Suisse, Bach RC est proche de ses clients internationaux.
Défi de l'usinage de céramique dure
La fabrication sur le seul site de production près de Berlin commence par le mélange de poudre de nitrure de silicium selon des formulations propres. S'ensuivent le granulation, le filmage, le découpage et le déliantage. Les pièces vertes ainsi obtenues sont ensuite soumises à un frittage à chaud à des températures allant jusqu'à 1 800 °C dans quatre installations de frittage. Trois à cinq pièces de jusqu'à 400 mm de diamètre passent par le processus de frittage en environ 24 heures. Les pièces ainsi obtenues ont alors leur dureté finale allant jusqu'à 2 000 HV et présentent presque aucun volume de pores.
La grande dureté des pièces impose de grandes exigences en matière d'usinage de précision. En effet, des alésages de précision doivent être réalisés, des poches et des rainures fraisées, ainsi que des surfaces et des chanfreins meulés. Les tolérances standard sont de ±5 µm, dans le domaine des semi-conducteurs même seulement de ±2,5 µm.
Il est important d'utiliser l'outil approprié, mais surtout, la machine joue un rôle décisif : elle doit présenter une grande rigidité, garantir la précision dynamique requise, disposer d'une broche suffisamment rapide et maintenir sa précision de manière fiable sur de longues périodes. De plus, la machine doit bien sûr être conçue de manière à ce que l'eau abrasive de meulage ne cause aucun dommage.
En plus des machines de fraisage, comme celles de Röders, une machine de meulage de coordonnées pure était également à l'étude. "Celle-ci aurait été techniquement adaptée à nos exigences – mais surdimensionnée et trop coûteuse. De plus, la solution n'aurait pas non plus offert une fonctionnalité complète à cinq axes, ce qui était indispensable", explique René Mielke, Senior Manager et responsable de l'achat de machines.
Pourquoi Röders a remporté le contrat
BACH RC a choisi en 2018 pour la première fois un centre de fraisage et de meulage à 5 axes de Röders GmbH. Selon Mielke, plusieurs raisons ont plaidé en faveur des machines du fabricant, notamment leur grande rigidité, leur très haute précision et les entraînements directs linéaires sans usure – indispensables pour le meulage rapide interpolé de céramique à des vitesses de levée allant jusqu'à 30 000 mm/min.
Des détails tels que l'équilibrage de poids sans friction par vide et le contrôle avec une fréquence de régulation inégalée de 32 kHz l'ont également convaincu.
Il a également jugé importants des joints efficaces qui empêchent de manière fiable l'intrusion de l'émulsion de refroidissement dans les guidages et les entraînements. Parmi les autres points positifs figuraient le système de contrôle convivial basé sur Windows de Röders ainsi que la stabilité de température des machines ; elles atteignent les qualités requises même sans un environnement climatisé coûteux.
Enfin, le service rapide et l'appréciation de la part du constructeur de machines ont plu à Mielke : "Röders a toujours été à l'écoute de nos idées dès le début – nous avons toujours eu un échange étroit sur un pied d'égalité avec des conseils intensifs. Cela a été agréable et nous a convaincus."
Que ce soit avec trois ou cinq axes : les machines Röders impressionnent
La première machine à 5 axes du fabricant de Soltau, en Basse-Saxe, a déjà enthousiasmé les utilisateurs. Peu après, BACH RC a acquis un centre à 3 axes. En 2024, deux des mêmes machines ont été acquises d'un coup – cette fois avec une automatisation comprenant un système de manipulation linéaire EROWA.
Les centres à 3 axes de type RXP 501 ainsi que les deux centres à 5 axes RXP 601 DS sont équipés de broches HSK-40 et atteignent jusqu'à 42 000 min⁻¹, disposent de l'ensemble du package de meulage avec broche de dressage, capteurs de bruit de corps, cycles de meulage et base de données de paramètres de meulage.
"Face à l'augmentation des commandes, nous devions élargir nos capacités, de plus, nous voulons maintenir une production redondante", explique Mielke les raisons de l'investissement.
L'automatisation prolonge les temps de fonctionnement des machines
L'automatisation linéaire présente quatre avantages pour BACH RC : bien que l'exploitation fonctionne en une seule équipe, l'automatisation permet aux machines de continuer à fonctionner après la fin des heures de travail. Pour les chauffages de plusieurs kilogrammes destinés aux wafers de silicium d'un diamètre de 300 mm, des plans de surface inférieurs à un micromètre sont exigés ; les temps de traitement peuvent atteindre jusqu'à 14 heures. Maintenant, elles continuent également à fonctionner après le travail et le week-end.
En cas d'erreur pendant le temps sans opérateur lors de l'usinage, par exemple, en raison d'un outil manquant ou si la machine détecte un dommage via son contrôle de rupture, des mesures préventives sont en place. L'installation évacue alors le composant de manière autonome et traite la pièce suivante. De cette manière, l'automatisation empêche les temps d'arrêt.
Un troisième avantage : les pièces restent maintenues sur leur palette tout au long du processus, ce qui élimine les temps de changement, augmente la précision et réduit les efforts de préparation.
Enfin, le magasin de palettes sert de stockage d'outils supplémentaire, à partir duquel les machines peuvent être approvisionnées en outils de manière centralisée. Un avantage qui simplifie encore l'exploitation de l'installation.
Selon Mielke, les expériences avec l'automatisation sont très bonnes, c'est pourquoi les deux premiers 'Röders' acquis devraient bientôt être intégrés pour augmenter encore les heures de traitement disponibles.
Programmation, cycles et stratégies de traitement
Le technicien en usinage Patrick Matzke apprécie en tant qu'utilisateur, en plus de la haute qualité de traitement fiable, également la commande Röders RMS6 très flexible et facile à utiliser. Des cycles de meulage paramétriques importants ont été développés par l'équipe en étroite collaboration avec le support Röders, basés sur les cycles de la commande elle-même. La plupart du temps, lui et ses collègues programment le traitement des pièces comme avec une commande CNC classique directement sur la machine. 'La commande simple et la haute précision des machines me donnent des avantages décisifs lors du traitement de céramiques en nitrure de silicium à haute résistance.'
Il est également positif que le meulage à course rapide interpolé sur les machines à 5 axes soit possible. Grâce aux entraînements directs linéaires, il est possible de meuler des contours 2D précis à des vitesses de course élevées, qui ne seraient pas atteignables avec un meulage hélicoïdal pur dans la précision requise. La qualité de surface et la durée de vie des outils sont également considérablement améliorées par rapport au meulage conventionnel.
Pour le traitement, Matzke et ses collègues utilisent principalement des outils en diamant des fabricants Schott et Schell avec refroidissement interne par émulsion à 80 bars. Cela permet également de produire de manière fiable des perçages à partir de 1,5 mm de diamètre.
'Nos attentes vis-à-vis des machines ont été complètement satisfaites', se réjouit Mielke. Il est également satisfait de l'utilisation, la situation des commandes de BACH RC étant à un niveau sain.
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