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PBF

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Antenne prête pour le vol dans un lit de poudre Fusion

Thales Alenia Space est un constructeur aérospatial français qui joue un rôle important dans l’exploration spatiale depuis plus de 40 ans. Alors que les nouvelles technologies ouvrent la voie à une nouvelle ère d’exploration spatiale, la réduction du délai global et l’augmentation de la production deviennent particulièrement importantes pour rester compétitif sur ce marché en pleine croissance. Découvrez dans cette étude de cas comment Thales a utilisé la FormUp 350 et l’AS7 en aluminium pour atteindre ses objectifs de fabrication additive.

INDUSTRIE

Espace

CHALLENGE

Concevoir et construire une antenne monolithique en utilisant la fabrication additive qui répond aux qualifications ECSS et soutient l’objectif du client d’atteindre la maturité TRL 3 pour les antennes fabriquées de manière additive.

KEY BENEFITS
  • Distorsions globales de l’antenne : ±0,3 mm
  • Poids réduit : moins de 600 gr
  • Taux de production : 1 antenne /jour /machine
  • Réduction du post-traitement
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Réduction du délai d’exécution
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Forme créative
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Imprimé en une seule pièce
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Murs minces

L’ Historie

En général, Thales Alenia Space fabrique ce type d’antenne en plusieurs parties. Chaque pièce est ensuite collée ou boulonnée au cours d’étapes complexes et coûteuses. Si la fabrication de composants précis n’est pas si difficile, leur assemblage en une antenne précise prend du temps et a un impact majeur sur le délai global et le débit de la production en série. C’est pourquoi Thales s’est tourné vers la fabrication additive comme solution.

Défi

Développer une antenne de 325 mm de diamètre avec une épaisseur de paroi de 1 mm par fabrication additive, en garantissant des distorsions minimales et une finition de surface répondant aux normes « prêt à voler » sans nécessiter de post-traitement. En respectant ces normes, TAS sera en mesure d’atteindre un niveau de préparation technologique (TRL) 3 pour les antennes Cassegrain fabriquées de manière additive.

Solution

AddUp a travaillé en étroite collaboration avec Thales Alenia Space pour fournir une simulation contre-déformée.

Tout d’abord, une conception légère a été générée autour des spécifications initiales : surfaces des réflecteurs principaux et secondaires, espace de conception disponible, localisation des interfaces. Ensuite, une structure isogrid a été conçue à l’arrière du réflecteur principal pour ajouter de la rigidité au système. Ensuite, une simulation numérique a été réalisée pour anticiper les déformations de l’antenne pendant la production.

Enfin, un fichier contre-déformé est obtenu à partir de la simulation initiale. Le but est d’adapter le design original dans la direction opposée aux distorsions simulées. Lors de la production, les distorsions dues aux contraintes internes et au design contre-déformé s’annulent, ce qui permet de maintenir la pièce réelle aussi proche que possible du design original.

Afin d’obtenir la meilleure finition de surface, nécessitant un post-traitement minimal, AddUp et Thales Alenia Space ont utilisé leur recette qualifiée ECSS sur le FormUp 350, en aluminium AS7.

La performance de cette recette, couplée aux 4 lasers plein champ de la machine, permet également une productivité élevée. Les simulations de production en série réalisées par AddUp montrent un taux de production de plus de 2 antennes par jour et par machine.

Résultats

La conception finale a permis d’obtenir une antenne légère, pesant seulement 385 grammes. La structure isogrid a été méticuleusement optimisée pour minimiser le poids en variant les tailles autour du réflecteur, renforçant ainsi uniquement les zones nécessaires. Les bras de connexion entre le réflecteur principal et le sous-réflecteur ont été conçus pour minimiser les effets de couplage en champ proche et optimiser les performances globales de rayonnement de l’antenne en champ lointain. Les distorsions ont été minimisées avec succès, avec un écart de ±0,3 mm sur 90 % de l’antenne, ce qui a été bien accueilli par les deux parties concernées. En outre, l’état de surface global et la rugosité ont atteint l’objectif de Ra 6,3 pour les deux réflecteurs, ce qui a permis d’obtenir un résultat tout à fait satisfaisant.

Pour en savoir plus sur la qualification FormUp 350 ECSS de Thales 3D Maroc, cliquez ici.

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Discover how Michelin produces over one million tire sipes a year for their production molds using metal 3D printing

When Michelin found that the metal AM machines on the market did not meet their high-quality requirements for tire sipe production, they partnered with Fives to create a machine that met these requirements. Learn about the history of tire sipes, the challenges Michelin faced, and the solutions that resulted.

INDUSTRY

Automotive

CHALLENGE

Traditional manufacturing of tire sipes is costly and
time consuming.

KEY BENEFITS
  • Limitless personalization options
  • Manufactured and replaced on demand
  • Significant weight and material waste reductions
  • Minimal post processing
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Creative Shape
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Lead Time
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Weight
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Performance

History

Siping was invented in 1923 by John F. Sipe, as a means to provide better traction on the bottom of their shoes. The process was not largely applied to tires until the 1950s as a means to improve traction. One of the technological innovations of the 2000s was the arrival of metal 3d printed sipes. Sipes for tires are designed to heavily improve road holding on wet or wintery roads, while still allowing the rubber to remain rigid, and maintain these levels of rigidity when the tire is new or worn. The shape and size of the sipes directly affect the tire’s noise pattern and traction characteristics. Using Additive manufacturing to create metal-printed sipes opened a new world of possibilities.

Challenges

Conventional manufacturing and installation of tire mold inserts involve a light metal casting of an aluminum-silicon alloy, which allows for rapid heat removal, shortening production time. Tire mold segments are made by casting or milling with finishing carried out manually. Broad sipes can be inserted into the mold segments, but narrow inserts less than 3mm are not easy to work with due to the hardness characteristics of the alloy. Steel sipes are used as inserts in their stead, made by stamping and cold bending; a major cost and time element of the process.

SOLUTIONS

Michelin has been utilizing AM since the early 2000s to manufacture tire sipes used within their tire molds. After years of using AM technology, Michelin found that the metal AM machines on the market simply did not meet their high-quality requirements for serial production. So, they partnered with another industrial manufacturing powerhouse, Fives, and sought to develop a Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) machine that could build tire mold inserts and industrial parts with quality, accuracy, and repeatability. From this collaboration, AddUp was formed and the FormUp® 350 PBF machine was created.

AddUp’s high-precision, fully digitalized, and highly flexible process allows Michelin to produce the complex forms required to make molds and sipes for its tires. Critically important features to Michelin’s tire sipes:

  • resolution down to 0.2mm features
  • shallow overhangs as low as 15 degrees
  • surface finish as low as 4 Ra μm, as printed

The FormUp®350 is built to use extremely fine powders (5-25μm). This coupled with a roller recoating system enables support-free production and superior surface finishes. For Michelin, sipes can be manufactured and replaced on demand with minimal post-processing needed. This technique not only provides a quick assembly, but also provides weight savings, reduces raw material wastage, and provides limitless personalization opportunities.

Results

Today, Michelin produces over one million tire sipes a year for their production molds using AddUp’s FormUp® 350. Lead designers continue to create increasingly sophisticated sipe shapes to improve traction for wet and snowy conditions. For example, a winter tire mold can contain up to 3,000 sipes and over 200 different sipe designs! AddUp’s FormUp Powder Bed Fusion technology stands up to the task and can produce these sipe shapes efficiently and to the highest quality standards.

By completely transforming the processes used to produce parts, the metal additive is changing manufacturing as a whole. Now there is no longer any need to go through several preliminary steps or assemble different components to obtain the desired part, instead, the final product can be produced in a single step. Digital files are the only information needed to reproduce the exact same part, and parts can be modified at any time to make the process more flexible than ever before.

Learn more about how Michelin is using Additive Manufacturing:

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AddUp optimise le design d’une tuyère de fusée pour améliorer les performances d’un micro-lanceur.

La fabrication additive métallique peut induire des économies de carburant et de production dans l’aérospatial. Dans cette étude de cas vous verrez comment AddUp a optimisé le design d’une tuyère de fusée pour améliorer les performances d’un micro-lanceur. L’impression 3D est déjà l’avenir de l’industrie spatiale. Lisez l’étude de cas sur une conception optimisée d’une tuyère imprimée en 3D.

Industrie

A&eactue;rospatial

CHALLENGE

Imprimer une tuyère de fusée innovante pour optimiser les performances du moteur dans l’espace

KEY BENEFITS
  • Réduction de la masse
  • Pièce imprimée avec une géométrie complexe
  • Résistance aux hautes températures
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Réduction de la masse
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Forme complexe
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Intégration de fonctions
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Performance

Histoire: AddUp et aerospatial

Dans le secteur de l’aérospatial, l’allégement des composants et leur personnalisation peut induire des économies considérables de carburant et de coûts de production, mais aussi des gains de performance, Nombreux sont les industriels à penser que l’impression 3D est l’avenir de la fabrication aérospatiale. Si les satellites ont diminué en taille ces dernières années, la taille et la puissance des fusées n’a fait qu’augmenter. Un micro-lanceur spatial est capable de placer en orbite une charge utile de masse inférieure à cinq cents kilogrammes. Il constitue l’une des facettes les plus prometteuses du New Space : les micro et mini-lanceurs apportent une flexibilité et une réactivité qui en font une solution complémentaire aux lanceurs classiques.

Une tuyère est un élément qui compose les moteurs des fusées ou lanceurs par lequel sont éjectés les gaz de combustion. Correspondant au conduit terminal de la chambre de combustion de la fusée, cette pièce joue un rôle primordial car elle transforme en énergie cinétique l’énergie des gaz de combustion.

Les défis de l’impression de tuyères de fusée innovantes

Ces nouveaux lanceurs font face à de nouveau défis liés à leur architecture nouvelle.

Tout d’abord, le développement d’un moteur de lanceur orbital est un processus long et complexe nécessitant plusieurs itérations de conception, de fabrication, et d’essais en tir statique. Dans le cadre d’un fort contexte très compétitif dans le domaine des micro et mini-lanceurs, la capacité à itérer rapidement est devenue une nécessité technologique et commerciale.

Ensuite, la température élevée à l’intérieur d’une tuyère nécessite un refroidissement des parois au plus proche de la source de chaleur, afin d’éviter que cette dernière ne fonde. Ce refroidissement réalisé via des tubulures rapportées sur la tuyère, se complexifie lorsque cette dernière gagne en compacité pour satisfaire le besoin en propulsion de plus petits lanceurs.

Solution pour une tuyère imprimée en 3D

Les gaz en sortie de la chambre de combustion ont une température très élevée. Dans le cas des tuyères de moteurs-fusées, qui fonctionnent à de très hautes températures (environ 3 000 °C), un processus permettant de refroidir les parois de la tuyère doit être prévu, car aucun alliage n’est capable de résister à une contrainte thermique aussi
élevée. La tuyère intègre ici de façons monolithique toutes les fonctions de refroidissement nécessaires à son fonctionnement à haute température tout en préservant l’intégrité de celle-ci. Ainsi, les ergols stockés à basse température permettent d’obtenir de très bonne performance de refroidissement lors de la circulation dans la double peau de la tuyère, puis sont conservés et réinjectés dans la chambre de combustion afin d’y être brulés.

La pièce est imprimée sur une machine Addup utilisant la technologie de Fusion sur lit de poudre, la FormUp ® 350. Son système de paramètres ouverts et sa capacité à travailler avec plusieurs systèmes de dépose (racleur brosse, racleur silicone, racleur
métallique, rouleau), couplé à l’utilisation de poudre métallique fine ou moyenne, ainsi que le recyclage intégré de la poudre permettent de répondre aux problématiques de développement itératif des tuyères et autres pièces de moteurs de fusées de dernière génération.

Résultats et avantages de la fabrication additive

La fabrication additive métallique a permis de créer des canaux de refroidissement complexes et intégrés ; chose impossible avec les techniques classiques sur des moteurs de dimensions réduites. Une telle pièce, qui nécessite en temps normal des mois de travail avec des méthodes de soudage traditionnelles, n’aura pris que 49h à être produite. Les experts d’AddUp ont choisi d’utiliser l’Inconel® 718 pour imprimer cette nouvelle tuyère. Ce matériau est doté d’excellentes propriétés mécaniques et résiste à des températures très élevées.

Les concepteurs des moteurs de fusée peuvent à présent itérer plus rapidement dans le but d’améliorer la forme de la tuyère et profiter des nouvelles libertés de forme amenées par la fabrication additive, permettant une optimisation efficiente des performances des moteurs.

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Rocket-nozzle

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Cette étude de cas se concentre sur les implants rachidiens et les défis auxquels ils sont confrontés dans leur processus de fabrication aujourd’hui. La fabrication additive (AM) offre des avantages tels que la conception en treillis et la rugosité de la surface, ce qui permet d’améliorer les résultats pour les patients.

Industrie

Médical

CHALLENGE

Reduction significative des couts de production lors de la fabrication additive d’implants rachidiens de grande taille à l’aide d’un système multi-laser et d’une plateforme de fabrication de plus grande dimension.

KEY BENEFITS
  • Réduction des coûts de production jusq’à 30%
  • Augmentation du redement de 2,61 pièces par heure (2,09 à 4,7)
  • Création de structures avec une fine résolution et une ostéo-intégration optimale
  • Réduction du post-traitement
  • Réduction du coût total de la pièce
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Fonctions intégrées
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Temps de production
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Sans support
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Performance

HISTOIRE

Les dispositifs de fusion vertébrale de grande taille sont traditionnellement imprimés sur des machines de petit format utilisant la technologie de fusion sur lit de poudre (PBF) équipées de 1 à 2 lasers, ou usinés à partir de barres de polyétheréthercétone (PEEK). Ils sont généralement imprimés avec leur face antérieure dirigée vers le haut (en Z). Cette orientation, combinée au processus d’impression couche par couche, ne représentent néanmoins pas la meilleure méthode. Le prix est relativement élevé car la majeure partie du coût est dû au temps du processus de production lui-même. Par contre, bien que le coût soit plus élevé, Les avantages de la Fabrication Additive (FA) pour ce type d’implants vertébraux sont : la possibilité d’intégrer une structure en treillis et la rugosité de la surface, ce qui favorise l’ostéo-intégration et donc l’assurance de meilleurs résultats pour le patient. Un autre avantage de la Fabrication Additive est lié aux matériaux utilisables. La FA permet d’imprimer du titane avec une plus grande résistance à la fissuration et à la traction. La fabrication de ces implants de grande dimension en PEEK ne présente pas des caractéristiques idéales pour l’osthéo-intégration. Cela, associée à l’instabilité de la chaîne d’approvisionnement de la matière, posent des problèmes lors de la fabrication de ces dispositifs de fusion vertébrale de grande taille utilisant le PEEK. Pour ces raisons, la production en FA de ces implants est généralement préférée.

DÉFI TECHNIQUE

Bien que la FA permette une meilleure ostéo-intégration, avec l’utilisation de matériaux plus résistants et la garantie de meilleurs résultats pour les patients, la fabrication des dispositifs LLIF sur des machines de petite dimension avec seulement 1 ou 2 lasers augmente sensiblement le coût de l’implant fini.

Ces implants ont une hauteur importante (en Z), ce qui augmente les temps de fabrication, qui sont encore plus longs avec l’utilisation d’un petit nombre de lasers. Lors de l’utilisation d’un système de mise en couche par racleur ou rouleau, le dessous de la face antérieure nécessite, généralement, l’utilisation de supports. Les LLIF doivent également être retirés de la plateforme de fabrication à l’aide d’une machine d’électroérosion à fil (EDM). Ces 2 éléments de post-process rentrent dans le prix final de la pièce et leur impact est directement lié à la capacité de fabrication réduite des petites machines, au petit nombre de lasers et au système de mise en couche utilisé.

SOLUTION

L’utilisation de la machine PBF FormUp® 350 permet de réduire le temps de production et d’augmenter le rendement de 2,61 pièces par heure par rapport aux plates-formes plus petites équipées de 1 ou 2 lasers. La différence : un plateau de production de 350 millimètres carrés qui peut contenir 1,5 fois (152 pièces contre 96 pièces) la quantité de grands implants rachidiens par rapport aux plateformes plus petites. L’utilisation de 4 lasers permet d’imprimer 152 grands implants rachidiens en seulement 32 heures. La FormUp 350 utilise aussi une technologie de mise en couche par rouleau qui permet

d’obtenir une complexité géométrique élevée, tout en utilisant le minimum de supports et la garantie d’un état de surface optimal. La FormUp 350 permet de réaliser des structures complexes et d’obtenir une rugosité de surface qui contribue à de meilleurs résultats pour le patient. Il n’est donc plus nécessaire d’obtenir une surface trabéculaire poreuse au plasma par pulvérisation ou par feuille, et la rugosité de la surface n’est plus un sous-produit du processus. Les pièces sortent de l’imprimante plus proches de la forme finale et nécessitent moins de traitement manuel et/ou d’enlèvement de supports. La combinaison d’un volume de construction de 350 mm3 avec 4 lasers et d’une pièce personnalisable, sortant directement de l’imprimante, simplifie les étapes de fabrication. La réduction du nombre de procédés nécessaires contribue à une meilleure conception et à une réduction des délais d’exécution, ce qui se traduit par une baisse du coût des pièces. Tout cela permet de réduire les coûts tout au long de la chaîne d’approvisionnement et d’optimiser les pièces pour les patients.

RÉSULTATS

Les grands implants rachidiens, produits avec peu de lasers et faisant appel à des process de revêtement traditionnels, coûtent plus cher que lorsqu’ils sont produits à l’aide de la FormUp 350. La machine FormUp 350 est idéale pour toutes les applications médicales de ce type, car elle offre un processus amélioré et rentable pour la fabrication en série d’implants médicaux très complexes.

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  • Pièces fabriquées par laser sur le FormUp 350
    • 2 Laser – 76
    • 4 Laser – 38
  • Il est temps de développer la FormUp 350
    • 2 laser – 52.95
    • 4 laser – 32.35
  • Débit annuel sur le FormUp 350
    • fonctionnement d’une équipe par jour pendant 52 semaines par an
    • 1 – 1.5 de l’arrêt du laser à l’allumage du laser (build flip)
Poudre2 Lasers4 Lasers
Poudre moyenne, 30μm (hrs)52.9532.35
Débit annuel16.84527.408

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INDUSTRIE

Outillage et moulage

Défis

Il a été difficile de trouver un projet potentiel chez GIRA car la plupart des prises et des interrupteurs sont produits avec une surface poli miroir. Actuellement la fabrication additive ne permet pas encore d’obtenir des résultats impeccables en termes d’intégrité des surfaces.

Nous avons donc trouvé une variante de prise pour le montage en saillie pour laquelle la qualité de surface obtenue en fabrication additive est intéressante. En raison de la hauteur de la pièce le noyau ne peut pas être suffisamment refroidi du côté de la fermeture du moule avec les méthodes conventionnelles.

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Productivité accrue
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Réduction du temps de fabrication
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Conformal cooling

L’histoire

Le savoir-faire dans le domaine de l’outillage de Gira est synonyme de fabrication innovante de produits et de sous-ensembles de haute qualité technique avec une précision industrielle. Un point fort particulier réside dans l‘agilité et la flexibilité avec laquelle il est possible pour Gira d’étudier des concepts économiques pour la réalisation d’outillages du prototypes jusqu’à la petites séries sans oublier leur cœur de métier qui se trouve dans la réalisation d’outillages pour la production de grandes séries. Gira peut également réaliser sans problème des outils pour des pièces moulées à plusieurs composants.

L’objectif de ce projet était de modifier un outil existant afin d’obtenir des temps de cycle plus courts avec un noyau conçu pour la fabrication additive.

L’outil existant permet déjà de fabriquer l’article dans la qualité requise. Et bien que le refroidissement conventionnel du noyau de moule ne soit pas optimal, le temps de cycle se situe lui déjà dans une zone économique.

Il y a cependant encore du potentiel pour améliorer le temps de cycle et ce en intégrant un circuit de refroidissement plus performant et réalisable uniquement en fabrication additive.

Défi

La pièce finale fabriquée par le moule est une prise en polycarbonate avec une épaisseur de paroi d’environ 3mm. Le noyau de l’insert présente une grande surface de contact avec le polycarbonate. Toute cette surface doit être refroidie de manière homogène afin d’obtenir une conduction thermique optimisée par rapport au noyau traditionnel. Pour obtenir une dissipation de chaleur plus homogène, il est important de disposer les canaux de refroidissement à la même distance de toutes les surfaces et de choisir l’espacement entre les canaux en conséquence.

En suivant ces règles, on obtient un circuit de refroidissement très efficace, mais qui peut aussi être très complexe. Après le processus d’impression 3D, la pièce doit être soigneusement dépoudrée, et plus le refroidissement est complexe, plus le dépoudrage des canaux peut être compliqué. Cette étape de la chaîne de process est cruciale à la fois pour la fonctionnalité de la pièce et pour la sécurité des travailleurs exposés à la poudre.

La livraison de pièces irréprochables et la protection des travailleurs sont des priorités absolues pour AddUp.

Solution

Les propriétés géométriques du noyau ont été utilisées pour la construction des canaux. Il existe un axe de symétrie autour duquel un canal peut être répété. Cette propriété est fréquemment utilisée pour réduire les coûts de design, mais aussi pour obtenir des canaux parfaitement équilibrés, puisqu’ils sont tous identiques.

Comme ce noyau est installé dans un moule existant, les entrées et sorties de refroidissement sont prédéfinies. Pour alimenter les quatre canaux en liquide de refroidissement, un circuit de quatre canaux parallèles est installé dans le noyau. De cette manière, il est possible de raccorder tous les canaux aux alimentations en liquide de refroidissement existantes.

Une fois les canaux conçus, il convient d’anticiper l’opération de dépoudrage. L’orientation d’une pièce sur la plateforme d’impression 3D est déterminée par sa géométrie, les tolérances souhaitées et la quantité de supports que l’on souhaite utiliser. Dans le cas de ce noyau, l’orientation à privilégier est évidente en raison de l’encoche pour la fiche et de l’angle pour le démoulage. Cette orientation a cependant l’inconvénient de rendre la pièce difficile à dépoudrer, car les entrées et les sorties se trouvent sur le plateau.

Afin de garantir que l’opérateur n’entre pas en contact avec la poudre, seules les pièces parfaitement dépoudrées peuvent être sorties de la zone d’impression. Dans cette zone, les opérateurs sont équipés de vêtements de protection et d’appareils respiratoires, ce qui n’est pas le cas dans les autres étapes du process de fabrication.

Afin de dépoudrer parfaitement les quatre canaux du système de refroidissement, la pièce doit d’abord être sciée de la plateforme de construction. Afin d’éviter que la poudre ne s’échappe de la pièce, une membrane a été installé à l’entrée et à la sortie des canaux. Celles-ci ne sont retirées de la pièce qu’une fois celle-ci de retour dans la zone poudre afin de la dépoudrer en profondeur.

Cet exemple montre que même une pièce très complexe peut être dépoudrée sans exposition directe à la poudre car la sécurité des collaborateurs doit toujours être une priorité.

Results

Une amélioration de la régulation de la température et une réduction du temps de refroidissement sont garanties.

A l’avenir, dès qu’une opportunité de modifier un moule existant grâce à la fabrication additive se présente à un stade précoce du développement, celle-ci doit être étudiée et simulée

Ce projet a montré qu’une autre approche de la conception peut être avantageuse.

Une autre collaboration avec AddUp est prévue dans les prochaines semaines et devrait permettre d’identifier d’autres pièces éligibles pour bénéficier des avantages de la fabrication additive.

  • Amélioration du contrôle de la température

  • Réduction du temps de refroidissement

  • Compréhension des méthodes de conception pour la fabrication additive

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Industrie

Impression 3D métal

CHALLENGE

Réduire les coûts de production, les délais d’exécution et optimiser la dissipation thermique d’un échangeur thermique.

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KEY BENEFITS
  • Réduction de la taille de 64%
  • Poids de la pièce divisé par 6
  • Installation simplifiée
  • Réduction des coûts et du temps de production
  • Fiabilité accrue grâce à la conception monobloc
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Réduction de la masse
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Formes complexes
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Canaux internes
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Performance

HISTORIQUE

Le projet de réalisation d’un échangeur thermique pour la machine FormUp® 350 est né de la volonté de profiter du savoir-faire développé par PrintSky, une société commune créée par AddUp, fabricant de machines d’impression 3D métallique, et Sogéclair, fournisseur de solutions innovantes pour une mobilité plus sobre et plus sûre. Il s’agissait d’évaluer l’intérêt d’une solution optimisée en fabrication additive en la comparant avec le système actuel, produit par des méthodes conventionnelles.

La pièce choisie pour ce cas d’application est le refroidisseur du flux d’évacuation des fumées de fusion. Dans une machine de fusion laser sur lit de poudre (L-PBF), comme la FormUp 350 d’AddUp, la chambre de fabrication est traversée par un flux de gaz d’inertage chargé d’évacuer les fumées générées lors de la fusion. Ce flux de gaz, qui circule en circuit fermé et à haute vitesse (plusieurs mètres par seconde) nécessite un système de refroidissement efficace.

DEFI TECHNIQUE

Une des principales contraintes du projet était de maintenir un coût de production de l’échangeur inférieur ou équivalent à la solution conventionnelle, tout en optimisant ses performances afin d’améliorer la dissipation thermique, et en adaptant ses dimensions pour simplifier son installation dans les machines.

Pour réaliser ce projet, les ingénieurs d’AddUp sont partis d’une page blanche. Ils ont défini le niveau de performances à atteindre pour concevoir un échangeur thermique qui réponde parfaitement exactement aux besoins de l’application, sans se conformer aux standards du marché. Les canaux internes, les ailettes, ainsi que les interfaces ont été personnalisés pour optimiser la compacité de la pièce tout en assurant une amélioration des performances. Les concepteurs se sont appuyés sur les compétences clés développées par PrintSky afin d’optimiser la géométrie, l’encombrement, mais aussi les temps de fabrication (en utilisant des recettes à haute productivité). Les canaux internes, les ailettes, ainsi que les interfaces ont été personnalisés pour optimiser la compacité de la pièce tout en assurant une amélioration des performances. Tout cela en intégrant le retour d’expérience d’AddUp dans le domaine de la fabrication d’échangeurs.

SOLUTIONS

Les experts d’AddUp et de Printsky ont choisi d’optimiser la géométrie de l’échangeur, son encombrement, mais également les temps de fabrication. Pour cela, ils ont employé des recettes à haute productivité, et ont également intégré dans chacun des choix de conception le retour d’expérience d’AddUp dans le domaine des échangeurs. C’est ainsi que les formes des ailettes de refroidissement ont été conçues pour faciliter le retrait de la poudre non fusionnée, par exemple.
Cet échangeur innovant ainsi que ses connecteurs ont été dessinés sous CATIA, et le refroidissement a été simulé avec des logiciels édités par Altair. L’ensemble a été pensé pour être imprimé en une seule pièce, réduisant ainsi les temps d’assemblage par rapport aux échangeurs traditionnels réalisés par mécano-soudage.

RESULTATS

Ce nouvel échangeur optimisé en termes de dissipation thermique et de réduction des pertes de charge, grâce aux outils et compétences internes Printsky, présente un gain de volume de 64 %, par rapport au système précédent, avec une masse divisée par six. Le choix de l’aluminium a permis d’aboutir à une solution compacte mais efficace, adaptée à toutes les contraintes imposées par l’environnement de la machine FormUp 350, avec un prix équivalent à une solution conventionnelle.
Aujourd’hui le refroidisseur est en fin d’industrialisation et passera en essais afin d’évaluer ses performances réelles sur la machine de fabrication additive. Une dernière phase d’optimisation est prévue pour ajuster les géométries et les choix de fabrication sur la base de ces essais.

Conçu en aluminium, un matériau à la fois léger et bon conducteur thermique, l’échangeur est compact et permet de refroidir efficacement les gaz chauds circulant dans la FormUp 350.

Les gains observés par rapport au système précédent sont :
– Une réduction de 64 % de l’encombrement.
– Une masse divisée par 6.
– Un prix équivalent comparé à une fabrication avec des process conventionnels
– Une fiabilité accrue grâce à une conception monobloc.

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