PBF

Les blocs hydrauliques sont présents dans la plupart des machines et appareils, dans une variété d’industries. Dans le cas de ce bloc hydraulique, l’ensemble de la pièce est imprimé en 3D en une seule opération.

Les blocs hydrauliques sont présents dans la plupart des machines et appareils, dans une variété d’industries. Dans le cas de ce bloc hydraulique, l’ensemble de la pièce est réalisé en une seule opération. Lisez l’étude de cas sur les avantages de la fabrication additive dans l’impression 3D.

OBJECTIF

Imprimer en 3D un bloc hydraulique optimisé, en une seule fois

RÉSULTATS

Dans le cas suivant, la masse a été diminuée de 82%, la longueur du bloc est passée de 495 mm à 348 mm tout en gardant les surfaces fonctionnelles identiques. La forme parallélépipédique permet des reprises d’usinage pour les alésages nécessitant une grande précision.

KEY BENEFITS

• Réduction de la masse de 82 %
• Gain de 30 % sur l’encombrement de la pièce
• Création de canaux internes

Contexte

Les blocs hydrauliques sont présents dans la plupart des engins et des machines, quel que soit le secteur (transport terrestre ou naval, aéronautique, spatial, énergie…). Ces pièces ont pour rôle de distribuer des fluides, souvent sous haute pression, et leur masse est un critère important pour toutes les applications embarquées.

Leur volume dépend de leur moyen de fabrication. Le plus souvent, ils sont réalisés par usinage à partir de blocs de métal brut. Les canalisations sont percées, puis bouchées là où cela est nécessaire pour assurer la fonction de transfert de fluide. Les changements de direction se font donc à 90°, ce qui génère des pertes de charge, et les bouchons sont autant de risques de fuites.

Les advantages de la fabrication additive

La fabrication additive métallique permet de réaliser des canalisations sans raccordement ni bouchage, donc sans risque de fuite ni de perte de charge. Les structures qui maintiennent les canalisations entre elles sont limitées au maximum pour réduire la masse.

Dans le cas de ce bloc hydraulique, toute la pièce est obtenue en une seule opération, avec ses marquages et ses filetages. L’idée est d’obtenir une pièce produite rapidement, moins volumineuse, moins lourde et utilisable médiatement.

Une buse optimisée imprimée en 3D en une seule pièce qui délivre un flux de liquide de refroidissement à des endroits précis. La buse a été installée officiellement sur la meule, optimisant ainsi ses performances.

INDUSTRIE

Outillage et moules

CHALLENGE

Imprimer en 3D une buse d’injection de fluide de coupe
aux géométries internes complexes

KEY BENEFITS

• Flux optimal fourni sur la zone de coupe
• Imprimé en jours, plutôt qu’en semaines
• Pièce monobloc pour une résistance accrue
• Résistance à la corrosion

FORMES COMPLEXES

TEMPS DE PRODUCTION

INTÉGRATION DE FONCTIONS

PERFORMANCE

Histoire

Fives est un groupe international d’ingénierie industrielle qui compte plus de 200 ans d’expérience. Il a su s’adapter et se transformer pour offrir des produits et des solutions innovants, qui permettent à de grands groupes industriels à travers le monde d’être toujours plus performants.

Fives Landis Corp est une filiale du groupe Fives reconnue dans le monde entier pour ses systèmes de rectification de haute précision. Elle a travaillé avec AddUp, une joint-venture créée par Fives et Michelin et spécialisée dans la fabrication additive métallique, pour concevoir et imprimer en 3D un nouveau modèle de buse d’injection de liquide de refroidissement.

Défi technologique

Avec les procédés de production traditionnels, fabriquer une buse à la géométrie optimisée est à la fois complexe et coûteux. Cela nécessite de décomposer la pièce en plusieurs sous-ensembles, et les concepteurs ne peuvent créer des parois internes aux formes aussi complexes qu’ils le souhaitent. L’impression 3D métallique permet de réaliser ce type de pièce en une seule opération, plus rapidement qu’avec les procédés conventionnels, et avec une liberté de conception. La nouvelle buse imprimée en 3D permet de projeter le liquide de coupe de manière optimisée, améliorant le refroidissement et la lubrification de l’outil et de la pièce pendant la rectification, tout en s’adaptant à l’architecture complexe de la machine. Les nouvelles rectifieuses nouvellement équipées voient leurs performances augmentées.

Solution

Les équipes d’AddUp ont utilisé le logiciel de préparation de fabrication AddUp Manager afin d’adapter le positionnement de la pièce et la stratégie de fusion pour trouver le meilleur compromis entre productivité et qualité de surface. Puis le projet a été fabriqué sur une FormUp^® 350, la machine de fusion laser sur lit de poudre d’AddUp.

La buse est imprimée en acier inoxydable, à l’aide de la FormUp 350, en quelques heures seulement. Dans cette machine, les pièces sont fabriquées par couches horizontales successives. Pour chaque couche, de la poudre métallique est étalée sur le plateau de production et un laser fait fondre les zones qui doivent être solidifiées.

Après impression, la pièce est séparée de son plateau de fabrication par électroérosion (découpe par fil). Après un traitement de la surface par microbillage, la pièce peut être assemblée sur la machine de rectification.

Le FormUp garantit une performance précise et répétable de la pièce grâce à :

• une résolution jusqu’à 0,1 mm- une densité du matériau de 99,99 %.
• des angles de production de 15 degrés
• un état de surface jusqu’à 4 Ra µm

Résultats

Le résultat final est une buse de refroidissement optimisée en une seule pièce qui délivre avec précision le flux de liquide de coupe à des endroits précis. La buse a été officiellement installée sur une rectifieuse Landis LT2 reconstruite, optimisant ainsi les performances de la machine.

Les nouvelles buses permettent d’injecter le fluide avec précision au plus près de la zone de coupe, même pour des meules aux formes complexes. Il a été prouvé qu’elles avaient la résistance et l’intégrité requises pour fonctionner en production de masse pendant plus d’un an sans aucune défaillance. L’examen des buses ne montre aucun signe de fatigue ou de corrosion.

Regardez une vidéo sur cette étude de cas :

Cette étude de cas explore les avantages de l’utilisation de moules d’injection imprimés en 3D avec des canaux de refroidissement optimisés. Le projet entre Siebenwurst et AddUp visait à améliorer la productivité et la qualité du processus de moulage par injection.

Industrie

Outillage

CHALLENGE

Optimiser des inserts d’un moule en utilisant la fabrication additive pour augmenter les performances thermiques et réduire les temps de cycle.

KEY BENEFITS

• Un refroidissement proche de la paroi du moule
• Une réduction du temps et du coût de production
• Une amélioration de la qualité des pièces moulées

Formes complexes

Intégration de fonction

Performance

Quels sont les avantages de la fabrication additive métallique d’un moule d’injection imprimé en 3D ? Le refroidissement est un critère clé pour la conception d’un moule d’injection plastique, car il impacte à la fois la productivité du moule et la qualité des pièces. Les canaux de refroidissement doivent donc être placés au plus près de la pièce à injecter. Mais ces canaux sont très difficiles à intégrer dans les parties mobiles des moules. Ces éléments, appelés tiroirs, doivent être en contact avec la pièce pendant l’injection et se déplacer avant l’ouverture du moule pour permettre l’éjection de la pièce. AddUp a imprimé en 3D des canaux de refroidissement optimisés dans les parties mobiles du moule, pour permettre un démoulage plus rapide et plus sûr des pièces finales.

Histoire : fabrication de modèles et de moules chez Siebenwurst

Le groupe Siebenwurst est un fabricant de moules d’injection spécialisé dans les produits de haute qualité. Fondé en 1897, il dispose d’une culture de tradition et d’innovation et travaille pour de nombreux clients dans les domaines de l’industrie et de la recherche. Le groupe réalise un chiffre d’affaires annuel de 100 millions d’euros, et emploie environ 700 personnes dans différents sites : en Allemagne à son siège de Dietfurt dans l’Altmühltal, ainsi qu’à Munich, Dillenburg, Rohr, mais aussi au Mexique, en Chine et aux États-Unis.

Défis de la conception d’impression 3D

Siebenwurst a travaillé en étroite collaboration avec AddUp pour optimiser le système de refroidissement d’un élément mobile de moule grâce à la fabrication additive métallique. Pour ce projet lancé par la WBA Tooling Academy, basée à Aachen en Allemagne, les ingénieurs de Siebenwurts devaient simuler le fonctionnement de la pièce à l’aide d’un logiciel d’étude thermique pour valider son efficacité.

L’objectif de ce projet était de se libérer des contraintes associées à la fabrication de tiroirs par des méthodes conventionnelles :

Le besoin de réaliser la pièce en de multiples opérations, sur des machines différentes, qui entraîne des temps de production très longs .

La difficulté de contrôler précisément la température de la paroi moulante.

Avec ses canaux de refroidissement complexes, l’élément réalisé en impression 3D métallique permet un meilleur contrôle de la température de la pièce. En éliminant les points chauds, il entraîne une réduction du temps de refroidissement, et donc du temps de cycle. Ces gains de productivité compensent les surcoûts liés à la technologie de fabrication additive métallique.

Par ailleurs, le refroidissement plus uniforme diminue les phénomènes de déformation des pièces, et génère des états de surfaces plus homogènes. Par ailleurs, il garantit que toutes les pièces sont à la même température lors de l’éjection.

La fabrication additive métallique est encore peu utilisée dans le domaine de l’outillage. Mais ce projet réalisé par Siebenwurst et AddUp apporte une preuve concrète que cette technologie peut apporter de la valeur ajoutée dans ce secteur, tant sur le plan économique que qualitatif.

La réussite de ce projet est due à l’expertise de Siebenwurst dans le domaine de la simulation thermique du procédé d’injection plastique, ainsi qu’aux équipes d’AddUp qui ont créé les formes finales des canaux en prenant en compte à la fois les résultats de simulation thermique et les contraintes de la technologie de fusion laser sur lit de poudre (L-PBF).

Solution pour les canaux de refroidissement optimisés de fabrication additive

AddUp a intégré des canaux de refroidissement optimisés dans les parties mobiles du moule, pour permettre un démoulage plus rapide et plus sûr des pièces finales. Grâce aux tests de simulation et à l’optimisation thermique du design, il a été possible d’imprimer en 3D les canaux de refroidissement avant l’assemblage.

Siebenwurst a utilisé du PM420 / 1.2083, un acier à outils standard qu’AddUp peut traiter sur ses machines à fusion sur lit de poudre (L-PBF). Le PM420 / 1.2083 est déjà couramment utilisé dans les applications de moulage par injection de plastique et est bien connu des fabricants de moules. En plus d’une dureté élevée (52 HRC), cet acier présente une résistance importante à la corrosion et peut facilement être poli.

Résultats et avantages de la fabrication additive

En se basant sur les résultats de simulation thermique, AddUp a pu concevoir des canaux aussi proches que possible de la paroi du moule. Lors des dernières simulations effectuées sur les canaux optimisés, les ingénieurs de Siebenwurst ont calculé que les points chauds pourraient être réduits d’environ 15°C.

Le moule optimisé a été produit sur une machine FormUp® 350 Nouvelle Génération, une machine L-PBF d’AddUp équipée de 4 lasers. Le temps de fabrication pour deux pièces est d’environ 130 heures.

• Meilleure performance thermique
• Canaux de refroidissement plus proches de la pièce
• Réduction du temps de cycle et des défauts
• Amélioration de l’homogénéité thermique

En savoir plus sur le groupe Siebenwurst ici.