AddUp

PBF

by

Cette démonstration de faisabilité réalisée par Add Up met en évidence l’intérêt de la fabrication additive pour l’aéronautique en appliquant l’optimisation topologique à un support de plancher d’avion.

Industrie

Aérospatiale

CHALLENGE

Optimisation d’un support de plancher d’avion en réduisant la masse et le délai de fabrication

KEY BENEFITS
  • Réduction de 61% de la masse de la pièce
  • Pièce imprimée sans support
  • Le meilleur état de surface obtenu en 3D métal (L-PBF)
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Réduction du post-traitement
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Pas de support
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Réduction de la masse

HISTOIRE

AddUp a développé ce démonstrateur pour illustrer à la fois l’intérêt de l’impression 3D pour l’optimisation de pièces structurelles aéronautiques et pour démontrer les avantages de la machine FormUp 350 qui permet de réaliser des pièces sans aucun support.

DÉFI

Afin d’initier les industriels de l’aéronautique aux réductions de poids rendues possibles par l’impression 3D, les ingénieurs d’AddUp ont réalisé une étude d’optimisation topologique sur un support de plancher de cabine d’avion. Cette pièce, qui fixe le plancher de la cabine au fuselage, est présente en grande quantité et dans tous les avions. Traditionnellement, cette pièce de 3 kg est usinée à partir d’un bloc de métal de 12 kg.

SOLUTION

L’optimisation topologique est une méthode mathématique qui permet d’optimiser la répartition de la matière dans un espace de conception donné et pour un ensemble donné de charges, de conditions limites et de contraintes, tout ceci dans le but de maximiser les performances du système. En appliquant cette technique, les ingénieurs d’AddUp ont réduit de 61 % le poids d’un support de plancher d’avion.

L’utilisation de la fabrication additive évite le gaspillage de matières premières, contrairement à l’usinage. Le gain total en matière première pour la pièce optimisée est de 10,83 kg. Grâce à la machine FormUp 350 d’AddUp, équipée d’une poudre fine et d’un système de recouvrement par rouleaux, le support de plancher peut être fabriqué sans aucun support.

Dans la plupart des machines d’impression 3D en métal, des supports doivent être ajoutés à la pièce pour permettre de produire les surfaces dont l’inclinaison est inférieure à 45° par rapport à l’horizontale. Ces supports représentent un coût important. Sur ce support d’avion, les supports représenteraient une perte de 250 g de matière première. De plus, le gain de temps de fabrication est important : la présence de supports aurait ajouté trois heures au temps de production, et 30 minutes supplémentaires auraient été nécessaires pour retirer ces supports par usinage en post-process.

RÉSULTATS

Grâce au dispositif de mise en couche par rouleaux de la FormUp 350, aucun support n’est nécessaire, ce qui réduit le temps de construction de 3 heures et évite les temps de dé-supportage en post-process. Cela permet de réduire les délais d’exécution, un paramètre important dans l’industrie aéronautique.

Temps de construction sur le FormUp 350 (à 50 μm)
11,50 heures

Réduction du poids
De 3 kg à 1,17 kg
Une réduction de poids de 61% !

Économies de matières premières
10,83 kg

Temps gagné
3+ heures

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INDUSTRIE

Medical

CHALLENGE

Le monde qui nous entoure devient de plus en plus personnalise, et it en va de memo pour la medecine. Cette dynamique impliquera que les solutions standard deviendront obsoletes et les solutions personnalisees deviendront la norme.

 

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KEY BENEFITS
  • une economie nette de 736 dollars par operation grace a (‘utilisation de PSI fabriques de maniere
  • additive (1) une diminution de la perte de sang (de 44,72 ml) lors de (‘utilisation du PSI fabrique de maniere
  • additive (2) une diminution de la duree d’hospitalisation (diminution de 0,39 jour) (2) Amelioration de la precision de l’alignement biomecanique des implants (1) et amelioration des resultats pour les patients
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Custom Shape
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Performance
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Integrated Features

Cette étude de cas met en évidence les avantages de la fabrication additive (AM) pour les implants spécifiques au patient (PSI) dans l’industrie orthopédique. En passant de la fabrication traditionnelle à la fabrication additive, les équipementiers orthopédiques peuvent répondre à la demande de médecine personnalisée et de solutions sur mesure pour les patients.

HISTOIRE

Vous avez lu les études de cas sur le plateau tibial du genou et le cotyle acétabulaire de la hanche ? Elles expliquent comment sont fabriqués les implants de la gamme standard.

Certains implants PSI sont fabriqués de manière traditionnelle. Ces implants doivent être usinés à partir d’un bloc de matière (très probablement du titane ou de l’acier inoxydable). Il s’agit d’un processus particulièrement coûteux et techniquement sophistiqué. Il en résulte que les implants PSI sont coûteux et que les délais d’exécution sont longs. La fabrication additive (FA) peut permettre de réduire les délais et d’améliorer les résultats pour les patients.

Pour l’utilisation de la FA , il existe de nombreuses façons d’obtenir l’autorisation de la FDA pour ces dispositifs. La plus simple et la plus utilisée est le 510k. Elle permet de vérifier l’ »enveloppe de construction » et de s’assurer que le PSI est fonctionnellement équivalent ou meilleur que l’implant standard. Une autre option est l’exemption pour les dispositifs personnalisés. Il s’agit d’une option qui limite la fabrication d’un type de dispositif particulier à 5 unités par an (3).

Les dispositifs à usage humanitaire (HUD) sont des dispositifs médicaux destinés à aider les patients pour le traitement, le diagnostic d’une maladie ou bien d’un état qui affecte ou se manifeste chez un maximum de 8 000 personnes par an aux États-Unis. L’exemption pour les dispositifs humanitaires (HDE) est un sous-ensemble des HUD. Ce type de PSI est exempté des exigences d’efficacité des sections 514 et 515 de la loi FD&C et est soumis à certaines restrictions en matière de profit et d’utilisation (4). Voilà la pléthore de moyens dont disposent les équipementiers et les fabricants pour aider à mettre le PSI entre les mains des chirurgiens.

DÉFI

Depuis les années 1970, les équipementiers orthopédiques fabriquent des implants standards, essentiellement de la même manière. Le passage à la Fabrication Additive de PSI modifiera la façon dont les chirurgiens traiteront leurs patients et ce changement bouleversera l’industrie telle que nous la connaissons. La fabrication conventionnelle, qu’il s’agisse de fabrication soustractive, de moulage ou de forgeage, n’est pas intrinsèquement conçue pour produire des solutions personnalisées. Par conséquent, le plus grand défi sera de convaincre les OEM et les fabricants d’implants de modifier leurs processus de fabrication pour répondre à la demande du marché. Le marché exige une médecine personnalisée, qui se manifestera sous la forme de PSI dans l’industrie orthopédique. Les patients devront travailler avec les chirurgiens pour s’assurer qu’ils reçoivent la solution la plus adaptée à leur état. La coopération des hôpitaux et des compagnies d’assurance sera également nécessaire pour soutenir ce changement industriel. Le PSI peut être moins cher et plus bénéfique pour le patient, mais au fur et à mesure de l’évolution technologique, le PSI sera très probablement plus cher. Il appartiendra à l’utilisateur, au patient et au chirurgien, de décider en fonction du coût et de l’équipement utilisé, ce qui permettra à cette technologie de se développer.

SOLUTION

AddUp est particulièrement bien équipé pour aider l’industrie à passer d’implants standards à des implants spécifiques au patient. La FormUp 350 est conçue pour la production en série. Elle peut gérer différentes géométries complexes, allant d’un treillis fin et détaillé qui favorise l’ostéointégration à des pièces plus imposantes comme un grand semi-pelvis. Plusieurs types de pièces peuvent être fabriqués en même temps, ce qui permet d’améliorer l’efficacité et le rendement.

Le plateau de fabrication modulaire permet au fabricant de s’adapter aux cas chirurgicaux de toute taille et de toute forme. Cela permet d’accroître l’efficacité de chaque fabrication. L’efficacité sera la clé du passage d’une ligne de produits standard à des implants spécifiques au patient. Avec le vieillissement de la population et l’allongement de la durée de vie, les interventions chirurgicales vont se multiplier. Si la médecine poursuit sur la voie de la personnalisation, la FormUp 350 sera là pour répondre à la demande de production en série d’implants spécifiques aux patients. La traçabilité des lots est intrinsèquement améliorée et les implants peuvent passer plus rapidement au processus suivant, sans avoir à attendre le reste de la fabrication. Cela signifie que chaque cas chirurgical peut suivre son propre chemin, et ce, au plus près de la chaîne d’approvisionnement. Une gamme plus large d’implants chirurgicaux peut être produite sur le même site puisque chaque implant n’est pas soumis à multiple processus. Cela permet de réduire encore les délais d’exécution, car les implants chirurgicaux sont particulièrement sensibles au temps qui s’écoule entre la tomodensitométrie et l’intervention chirurgicale. Tout délai entre le scanner et l’intervention chirurgicale permet à l’anatomie de l’os de se modifier au fur et à mesure que le patient poursuit sa vie quotidienne. Plus le délai entre le scanner et l’intervention chirurgicale est court, meilleur est le résultat pour le patient. Le chirurgien est ainsi assuré de disposer des outils adéquats pour améliorer au mieux la vie du patient.

RÉSULTATS

Dans le cas d’une arthroplastie totale du genou (ATG), l’utilisation d’un PSI fabriqué par FA permet de réaliser une économie nette de 736 dollars par rapport aux implants fabriqués traditionnellement, grâce à une durée d’opération plus courte et à la réduction du nombre de plateaux d’instruments nécessaires. (1) Les patients et les hôpitaux bénéficient également d’une réduction des temps d’intervention en salle d’opération, de 20,4 minutes (1) par rapport aux implants fabriqués traditionnellement.

Il a également été prouvé qu’il y a une différence significative dans la perte de sang (diminution de 44,72 ml) (2). Enfin, la diminution du séjour à l’hôpital (diminution de 0,39 jour) est un avantage significatif pour le système hospitalier et pour le patient. (2)

L’utilisation de PSI fabriqués de manière additive, tels que les composants fémoraux et tibiaux, du genou ou les cupules acétabulaires de la hanche, permet d’améliorer la précision de l’alignement biomécanique de l’implant (1), ce qui se traduit par une amélioration des soins prodigués aux patients et de meilleurs résultats pour ces derniers.

Références:

1. Haglin, J.M., Eltorai, A.E.M., Gil, J.A., Marcaccio, S.E., Botero-Hincapie, J. et Daniels, A.H. (2016), Patient-Specific Orthopaedic Implants. Orthop Surg, 8 : 417-424.  https://doi.org/10.1111/os.12282
2. Schwarzkopf, Ran, et al. « Surgical and functional outcomes in patients undergoing total knee replacement with patient-specific implants compared with « off-the-shelf » implants ». Orthopaedic journal of sports medicine 3.7 (2015) : 2325967115590379.
3. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/custom-device-exemption
4. https://www.fda.gov/medical-devices/premarket-submissions-selecting-and-preparing-correct-submission/humanitarian-device-exemption

En savoir plus sur l’impression 3D de métaux pour les implants médicaux personnalisés:

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Cette étude explore l’utilisation de la fabrication additive, en particulier la fusion sur lit de poudre (PBF), pour créer des filières d’extrusion avec des performances et des capacités de refroidissement améliorées.

Industrie

Outillage et moulage

CHALLENGE

Augmenter la longévité et les performances d’une filière d’extrusion tout en augmentat la flexibilité afin de pouvoir produire des filières et des produits finaux de différentes tailles grâce à la fabrication additive.

KEY BENEFITS
  • Le taux d’extrusion du produit final a augmenté de 25%
  • La température maximale est inférieure de 20° C sur la couvelle filiè grâce à l’optimization du refroidissement
  • Performance d’usure x6 : 2 semaines → 12 semaines
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Intégration de fonctions
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Performance
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Ajouter de la vie

HISTOIRE

L’extrusion est une méthode de fabrication très utilisée pour les pièces à profil constant. Les tuyaux en PVC et les balais d’essuie-glace sont quelques exemples de pièces dans le monde des plastiques, mais les métaux et les composites peuvent également être extrudés. La matière première est forcée à travers le profil de la filière pour lui donner la forme de la pièce finale.

Dans l’extrusion des matières plastiques, il est courant d’usiner la filière d’extrusion en aluminium. En raison des contraintes de liées à l’usinage traditionnel, la filière d’extrusion est souvent plus grande et plus encombrante que nécessaire et ne dispose pas de canaux de refroidissement avancés.

La géométrie simple de ces canaux entraîne de mauvaises performances de refroidissement, car le liquide de refroidissement ne peut souvent pas s’approcher du profil intérieur de la matrice, ce qui le rend beaucoup moins efficace.  Il est également coûteux et fastidieux de créer des programmes, des gabarits et des montages différents pour des pièces de tailles différentes. Et la création de filières d’extrusion de tailles spécifiques serait trop coûteuse sans la flexibilité offerte par la fabrication additive.

DÉFI

La fabrication traditionnelle des filières d’extrusion est limitée aux matériaux faciles à usiner. Les restrictions liées à l’usinage traditionnel permet difficilement d’optimiser les performances de la filière, notamment en ce qui concerne les propriétés d’usure et la durée de vie de l’outil. Le défi consiste donc à utiliser la fabrication additive (FA) pour créer une filière fabriquée à partir d’un matériau améliorant la durabilité et augmentant la durée de vie en production.  La matrice doit également permettre un refroidissement optimisé (conformal cooling) afin d’améliorer les performances thermiques. Enfin, le coût global de fabrication de la matrice doit être réduit favorisant les modifications de conception sur une variété de lignes de fabrication et de machines.

SOLUTION

La fusion sur lit de poudre (PBF) permet d’imprimer n’importe quel profil 2D, ce qui permet d’obtenir n’importe quelle forme pouvant être extrudée. Comme la technologie PBF ne nécessite pas d’outillage de réglage, elle offre une plus grande liberté dans la fabrication de multiples pièces de formes différentes, ce qui est parfait pour l’obtention de tailles spéciales et pour les nouvelles filières d’extrusion, et ceci sans investissement supplémentaire. Les filières d’extrusion peuvent également être fabriquées en minimisant le nombre de pièces assemblées, ce qui simplifie le processus de fabrication et réduit les coûts liés à la gestion des pièces de rechange. Le refroidissement optimisé (conformal cooling) constitue un autre avantage des possibilités géométriques de la FA. En effet, des canaux de refroidissement complexes, impossibles à usiner, sont implantés sur le contour de la pièce pendant l’impression. L’optimisation de ces canaux permet un contrôle uniforme de la température, ce qui améliore le refroidissement et par conséquent les performances. De plus, la pièce est imprimée en Inconel 718, un alliage à base de nickel très résistant à l’usure et à la corrosion et qui peut fonctionner à des températures élevées.

RÉSULTATS

La nouvelle filière d’extrusion créée par FA permet un gain de 20°C par rapport à une filière fabriquée selon les méthodes traditionnelles, grâce à la conception optimisée du refroidissement. La température plus basse a permis d’extruder le produit dans la filière 25 % plus rapidement, ce qui a entraîné une augmentation considérable de la productivité sans sacrifice sur la qualité. Sur le plan thermique, il est encore possible d’augmenter la vitesse d’extrusion, mais les autres équipements de la ligne constituent désormais le goulot d’étranglement et non plus la filière elle-même. La nouvelle filière a également vu sa durée de vie multipliée par 6 par rapport à la précédente, soit 12 semaines au lieu de 2, même en fonctionnant à une vitesse supérieure. La fusion en lit de poudre s’est donc révélée être un atout précieux, prêt à répondre à de nombreux défis de l’industrie de l’extrusion.

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INDUSTRIE

Automobile

CHALLENGE

Reduire les temps et les coOts de production tout en ameliorant les performances par rapport a la fabrication traditionnelle en optimisant la strategie de numerisation.

 

KEY BENEFITS
  • Strategie de numerisation optimisee pour un meilleur etat de surface des geometries de roue
  • Le PBF s’est revels etre une option viable pour les roues dans l’industrie automobile, tant en termes de cout que de performance
  • Comparaison des methodes d’essai et d’inspection pour l’uniformite geometrique et de densite des pieces additives par rapport aux pieces traditionnelles
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Increased Productivity

Cette étude de cas explore la faisabilité de l’utilisation de la fabrication additive, en particulier la machine Form Up 350 PBF, pour produire plus de 100 000 roues Impeller par an pour Ford, en remplacement des techniques d’usinage traditionnelles.

HISTOIRE

Ford utilise des méthodes de fabrication traditionnelles pour fabriquer plus de 100 000 roues de turbines par an . Ford, Oak Ridge National Labs et AddUp ont mené une étude pour déterminer la faisabilité de la production des roues à aubes par Fabrication Additive à l’aide de la FormUp 350.

Ford s’appuie sur sa vaste expérience de plus d’un siècle dans le domaine de l’automobile. Oak Ridge National Labs optimise la stratégie de numérisation et le nombre de passes de contour. AddUp apporte son expertise en matière de conception, de fabrication et d’automatisation pour la production à grande échelle grâce à sa machine industrielle FormUp 350 (L-PBF).

DÉFI

Ford fabrique actuellement ses roues à aubes en utilisant des techniques d’usinage traditionnelles. Le défi proposé à AddUp était d’étudier les performances de la technologie PBF afin de remplacer l’usinage traditionnel, pour la fabrication en série de ces pièces. L’objectif était de réduire les délais et les coûts de production tout en améliorant les performances par rapport à la fabrication traditionnelle.

Le résultat devrait permettre de fabriquer efficacement 100 000 hélices en Fabrication Additive et d’élaborer une stratégie d’impression optimale pour la performance, en tirant parti de la liberté de conception offerte par la Fabrication Additive tout en optimisant la stratégie de numérisation pour l’état de surface et la productivité.

SOLUTION

La pièce a été testée avec 1 passe de contour puis 5 passes de contour. Lors de la fusion avec 5 passes de contour, la surface présentait une porosité accrue par rapport à une seule passe. Par conséquent, une seule passe de contour est suffisante, compte tenu de sa position au-delà des lignes de hachures, permettant d’éliminer les motifs de hachures. Les tolérances de l’imprimante étaient également suffisantes. Comme il fallait un matériau robuste et résistant à la chaleur, le choix s’est porté sur l’Inconel 718. L’utilisation du paramètre « downskin » d’AddUp permet au logiciel de tranchage de reconnaître les surfaces critiques orientées vers le bas avec une valeur d’angle en dessous d’un seuil défini par l’utilisateur. Ce paramètre « downskin » applique généralement une densité d’énergie plus faible aux régions de fusion décalées par rapport au bord des surfaces orientées vers le bas et ce pour un nombre donné de couches . Lors de l’impression avec de l’Inconel 718, une structure de support sur le fond de la roue était nécessaire. AddUp a imprimé un test de simulation de 9 roues à aubes avec de l’Inconel 718. Après post-traitement, deux roues ont été sélectionnées pour être soumises à un test d’équilibre.

RÉSULTATS

Les résultats ont indiqué que les roues produites dans le cadre de cette étude ont passé le test de tolérance et qu’elles pouvaient être correctement équilibrées en utilisant la même procédure que les roues fabriquées de manière traditionnelle. Le test a également indiqué que les pièces pouvaient survivre à un test de rotation à haute vitesse à température ambiante.

Paramètres du modèle de coût en fonction de la production de pièces.

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  • (a) Micrographie optique d’une surface « downskin » ayant subi une seule passe de contour et

    (b) micrographie optique d’une surface « downskin » ayant subi cinq passes de contour. Bien qu’un plus grand nombre de passes de contour puisse être utile, la position du contour extérieur détermine l’état de surface, comme le montrent les particules partiellement fondues qui adhèrent à la surface.

Tolérances géométriques mesurées par balayage lumineux de roues turbo dont le contour extérieur s’étend sur la distance suivante au-delà des limites de la CAO :

  • (a) #08 à 36µm
  • (b) #11 à 11µm
  • (c) #13 à 61µm et
  • (d) #19 à 36µm, mais fondu de l’extérieur vers l’intérieur
Nom de la pieceRoue
Modele crim rlante 3DAddUp Form Up 350
Construction Taille de la plaque350 x 350 mm
Nombre de pieces par lot25
Temps d'impression par lot32,28 heures
Estimation du coOt des materiaux pour l'Inconel 718 70 $/kg
Masse de la piece0.311 kg
Masse des supports0.05 kg
Temps de depoudrage par lot0,5 heure
Temps de retrait des supports par lot30 heures
Temps de post-traitement par lot (traitement thermique) 12 heures
Volume annuel requis100 000 unites par an

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AddUp a développé avec ses partenaires un échangeur thermique à double courbure performant, imprimé en une seule fois.

Pour les équipements thermiques, la fabrication additive présente un énorme avantage. Il permet le développement de formes de canaux complexes et améliore ainsi les performances thermiques et réduit le volume. Il permet également de fabriquer des formes impossibles à réaliser traditionnellement pour ce type d’équipement (ex : caniveaux à double courbure). Téléchargez cette étude de cas du projet HEWAM, un échangeur de chaleur aux géométries complexes développé par PrintSky (Joint-Venture AddUp SOGECLAIR) et Temisth.

INDUSTRIE

Aéronautique

CHALLENGE

Imprimer en 3D un échangeur thermique innovant

KEY BENEFITS
  • Concept d’échangeur de chaleur modulaire
  • Un échangeur de chaleur à double courbure
  • Pièce imprimée en une seule fois avec des parois fines
  • En cas de dommage, remplacement de l’unité au lieu de l’ensemble de l’installation
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FORMES COMPLEXES
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ASSEMBLAGE
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PERFORMANCE
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PAROIS FINES

HISTOIRE

Un échangeur thermique est un système utilisé pour transférer la chaleur entre une source et un fluide. Les échangeurs thermiques sont utilisés dans les procédés de refroidissement et de chauffage. Selon l’application, les fluides peuvent être séparés pour éviter qu’ils ne se mélangent ou ils peuvent également être en contact direct. Dans l’industrie aéronautique, les échangeurs thermiques des avions ont pour fonction de prélever la chaleur du circuit d’huile des moteurs afin de chauffer le carburant froid. Cela permet d’améliorer l’efficacité du carburant et de réduire le risque d’avoir de l’eau dans celui-ci, ce qui pourrait provoquer la création de gel.

Heat Exchanger With Additive Manufacturing ou HEWAM est un projet visant à développer un échangeur thermique en faisant appel au potentiel de la fabrication additive, avec une géométrie qui s’adapte à une large gamme de surfaces et de volumes utilisés dans l’industrie aérospatiale. Ce projet a été développé par PrintSky et Temisth. PrintSky est une joint-venture entre le groupe AddUp, expert en fabrication additive métallique, et SOGECLAIR, un des leaders internationaux dans l’intégration de solutions à haute valeur ajoutée dans les domaines de l’aéronautique, de l’espace, du transport civil et militaire. Temisth est une société spécialisée dans le développement de solutions thermiques personnalisées utilisant la fabrication additive.

PrintSky s’est chargé de la partie conception du projet, en développant sa propre méthodologie pour déterminer les caractéristiques de la pièce métallique, en termes de mécanique, de thermique et de fabricabilité. La production a ensuite été confiée aux experts d’AddUp qui ont imprimé en 3D cette pièce aéronautique sur leur machine FormUp® 350. L’objectif était de produire un échangeur thermique compact selon le procédé PBF (Laser Powder Bed Fusion) avec une forme innovante et surtout aussi efficace que les échangeurs de chaleur fabriqués traditionnellement. Après la production, HEWAM a été testé sur un banc d’essai développé par Temisth.

DÉFI TECHNOLOGIQUE

L’objectif pour HEWAM était de refroidir de l’huile entrant dans l’échangeur à 110°C avec de l’air ambiant à -50°C. Le débit massique de l’huile est fixe. Le débit massique de l’air est donné par la pression dynamique du flux d’air qui arrive dans la zone de l’échangeur et les caractéristiques de perte de charge du dispositif. 2200W de l’huile. (32g/s ~2,4 L/min) à éliminer sur un module de l’échangeur, tout en assurant un débit d’air suffisant à travers celui-ci. Le principal problème physique sur cette nouvelle pièce était d’assurer un flux d’air suffisant à l’intérieur avec un coefficient de transfert de chaleur élevé.

LA SOLUTION

Les partenaires ont développé une méthodologie spécifique afin d’assurer les exigences thermiques avec les contraintes mécaniques et la faisabilité de la fabrication additive pour HEWAM. Un design spécifique a été créé en tenant compte de la variation de la température de l’air (de -50°C à +25°C) et donc de sa densité. La largeur du canal a été augmentée pour limiter l’accélération de l’air et la chute de pression. Dans le but de maintenir les performances thermiques, les ailettes ont une géométrie adaptative le long du flux d’air afin de prendre en compte la vitesse de l’air et les changements de taille des canaux. La pièce a été conçue pour s’adapter à une large gamme de surfaces et de volumes utilisés dans l’industrie aérospatiale. La forme courbe de la pièce est adaptée à une installation dans les mâts réacteurs des avions.

HEWAM a été imprimé deux fois, avec deux matériaux différents. Tout d’abord, l’Inconel 718. Ce matériau est 3 fois plus lourd que l’aluminium et est moins conducteur, mais pour la fabrication additive, il présente des caractéristiques plus intéressantes. Avec l’Inconel, il est possible de réaliser des parois fines (<0,5mm) et des ailettes (0,15mm) sans avoir de fuite. Ainsi on se rapproche des performances et de la légèreté de l’aluminium. La conception de l’échangeur de chaleur avec ces caractéristiques fines permet d’obtenir des performances et des caractéristiques de poids similaires à celles de l’aluminium. Un dernier avantage de cette pièce imprimée en 3D est la possibilité de mettre à jour l’échangeur sans avoir à développer un nouvel outillage.

LES RESULTATS

Le résultat final est un échangeur thermique à double courbure performant, imprimé en une seule fois. Une solution modulaire : les échangeurs peuvent être disposés les uns à côté des autres afin de délivrer une grande puissance thermique. La forme incurvée est adaptée pour l’installation dans les pylônes des moteurs d’avions. Les tests ont permis de valider l’étanchéité de la pièce ainsi que ses performances, toutes deux très satisfaisantes, notamment par rapport aux moyens de fabrication plus conventionnels.

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  • Pour les équipements thermiques, l’impression 3D métallique présente un avantage considérable. Il permet de développer des formes de canaux complexes, ce qui améliore les performances thermiques et réduit le volume. La fabrication additive offre également la possibilité de fabriquer des formes impossibles à produire de manière traditionnelle pour ce type d’équipement (par exemple, des canaux à double courbure).

  • En outre, la technologie additive permet également la fabrication d’une pièce en une seule fois. Cela évite toute autre manipulation de la pièce qui pourrait l’altérer, comme l’assemblage ou l’usinage. Pas de soudure non plus, ce qui signifie aucun risque de fuite de liquide dans ce nouvel échangeur. Enfin, seules les zones fonctionnelles de la pièce métallique sont imprimées (surfaces d’écoulement des fluides et surfaces de fixation), ce qui permet de réaliser d’importantes économies de matériaux.

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Les temps d’injection courts sont cruciaux pour la rentabilité dans l’industrie de l’outillage, en particulier dans le cas des moules à injection. Zahoransky AG, un fabricant allemand, avait besoin d’un insert de moule à huit alésages avec bagues. Lisez l’étude de cas pour comprendre comment AddUp a amélioré le refroidissement des inserts sur un moule en utilisant la technologie AM, tout en augmentant les performances du moule et en réduisant le temps de production.

INDUSTRIE

Outillage

CHALLENGE

Améliorer le refroidissement des inserts sur un moule imprimé en 3D, tout en augmentant les performances du moule et en diminuant le temps de production.

KEY BENEFITS
  • Moule prêt à l’emploi après traitement thermique
  • Refroidissement au plus proche des parois
  • Réduction du temps et du coût de production
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FORME COMPLEXE
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INTEGRATION DE FONCTIONS
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TEMPS DE PRODUCTION
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PERFORMANCE

Histoire

Dans l’industrie du moule, et plus particulièrement dans le cas des moules à injection, les temps d’injection courts sont cruciaux pour la rentabilité. Ils déterminent le nombre de presses à injecter et de moules nécessaires, ainsi que le prix final de la pièce. Le système de refroidissement qui se trouve à l’intérieur a la plus grande influence sur ces temps. Aujourd’hui, les canaux de refroidissement sont encore souvent réalisés de manière conventionnelle par perçage en 2D et ne peuvent pas toujours être proches du contour du moule et donc refroidir uniformément et rapidement.

Zahoransky AG,, dont le siège social se trouve à Todtnau-Geschwend, dans le Bade-Wurtemberg, est un fabricant de moules à injection, de machines de conditionnement sous blister et d’équipements de production. Zahoransky est le leader mondial de la fabrication de moules et d’outils pour l’industrie des brosses à dents. Environ 80 % des moules de brosses à dents du monde proviennent de Zahoransky.

Le défi technologique

Zahoransky avait besoin d’un insert de moule muni de huit alésages avec bagues. Jusqu’à présent, ceux-ci devaient être correctement refroidis et l’étanchéité était réalisée grâce à des joints toriques (O-ring). Le défi consistait à améliorer le refroidissement des inserts à l’aide de la technologie additive de manière à augmenter considérablement les temps de cycle et la productivité des moules. L’assemblage complexe des joints toriques devait être éliminé, permettant ainsi une réduction des coûts de fabrication.

La qualité des pièces devait être maintenue à son plus haut niveau. En outre, les moules devaient être construits avec un matériau en acier qualifié pour le moulage par injection et présentant une forte résistance à la corrosion et à l’usure.

Solution

AddUp a optimisé les canaux de refroidissement et a conçu un design aussi proche que possible des contours originaux en utilisant les options de la fabrication additive. Il était particulièrement important que tous les canaux aient la même longueur et la même capacité de refroidissement pour en assurer l’uniformité en cours d’utilisation. AddUp a utilisé un logiciel de simulation pour optimiser et assurer un refroidissement précis et uniforme dans ce moule.

Ensuite, le moule a été imprimé en 3D sur la FormUp ® 350 Nouvelle Génération d’AddUp en mettant en place une stratégie de construction additive faisant appel à 4. Ce moule a été imprimé en seulement 30 heures.

Résultat

AddUp a considérablement réduit le temps de production de ce moule par rapport au temps de fabrication traditionnel. Le post-traitement de ce moule a également été diminué grâce au système de mise en couche par rouleaux proposé par la FormUp 350.  L’association unique de poudre fine et de rouleau de cette machine offre un état de surface supérieur, ce qui évite une longue phase de post-traitement de la pièce. Le moule a été imprimé en utilisant un matériau en acier 1.2709/Margin300. Ce matériau est un acier à outils qualifié offrant une bonne durée de vie au moule.

Zahoransky s’est dit satisfait de la qualité du moule ainsi que du délai de production. La prochaine étape de ce projet est la fabrication d’un autre prototype avec des optimisations supplémentaires et dans un nouvel acier à outils 1.2083/PM420. Ce nouveau matériau est un acier qualifié pour le moulage par injection largement utilisé et qui offre une bonne résistance à la corrosion et à l’usure.

Outillage pour la fabrication de pointes de pipettes, avec un double système de changement rapide. Chaque élément chauffant peut être retiré individuellement en un tour de main.
CAO: canaux complexes à l’intérieur de la pièce
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