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GF Machining Solutions facilite la fabrication de pièces hybrides

Publié le 1 octobre 2020 par Mélanie R.
fabrication de pièces hybrides

Dans l’industrie manufacturière, de nombreuses méthodes de production sont utilisées selon le type de pièce créée. Si la fabrication additive a fait ses preuves, que ce soit pour des applications de prototypage rapide ou de pièces finies, il n’en demeure pas moins qu’elle reste une méthode souvent complémentaire aux procédés de fabrication soustractive. En effet, les technologies actuelles ne permettent pas encore de concevoir de grands volumes et sont souvent trop lentes. La fabrication additive sera alors davantage utilisée pour des pièces avec des géométrie très complexes, des petites séries, du prototypage ou encore de l’outillage. Toutefois, on constate que de plus en plus d’industriels cherchent à combiner les deux procédés de production : appelée « fabrication hybride », elle apporte un certain nombre d’avantages et est, dans certains cas, plus viable d’un point de vue économique.

La combinaison des deux procédés peut toutefois engendrer quelques défis. La plupart du temps, la pièce est imprimée en 3D puis post-traitée et usinée pour obtenir la géométrie finale ou avoir un meilleur état de surface. C’est souvent le cas pour des composants très complexes qui intègrent par exemple des géométries internes, comme des canaux de refroidissement – tout ce qui ne pourrait pas être directement taillé dans un bloc de métal. On passe par des étapes de retrait des supports, de traitement thermique, de fraisage, voire de polissage manuel pour obtenir une meilleure finition. Celles-ci sont souvent chronophages et coûteuses et doivent être minimisées au maximum.

Outil coupant hybride (crédits photo : GF Machining Solutions)

En lien avec la « fabrication hybride », on observe de plus en plus une approche consistant à fabriquer des pièces dites « hybrides ». Ce procédé consiste non seulement à combiner les technologies additives et soustractives mais plus précisément à imprimer directement sur une préforme pré-usinée conventionnellement. En effet, l’impression 3D métal est un procédé qui peut être long et coûteux. Un industriel peut alors usiner sa préforme et créer alors, grâce à la fabrication additive, les caractéristiques clés impossibles à obtenir via les procédés classiques. Résultat : un temps de production moindre, des coûts limités, des avantages technologiques conservés.

Cependant, l’une des limites de cette approche est le positionnement de la préforme en question : la position de celle-ci, fixée sur le plateau d’impression, est difficilement identifiable. Il n’y a en effet aucun lien mécanique entre la préforme et le système optique, comme cela peut être le cas dans une machine de fraisage par exemple. Comment dès lors imprimer avec précision sur cette préforme ? Beaucoup d’industriels s’appuient alors sur un alignement visuel ou sur des machines de mesure des coordonnées (CMM) externes. Des méthodes qui sont loin d’être parfaites, avec un risque d’erreur élevé et un manque de précision important – celle-ci se joue à 100 microns près. De plus, c’est une opération assez chronophage.

Préformes à l’intérieur de la DMP Flex 350 (crédits photo : GF Machining Solutions)

DMP Calibration Tool, un outil pour faciliter la fabrication de pièces hybrides

Afin de palier ce problème, l’entreprise GF Machining Solutions, experte en fabrication additive métal, a développé un outil avec son partenaire 3D Systems, l’un des pionniers du marché. Baptisé DMP Calibration Tool, il permet de réduire le nombre d’erreurs commises par l’opérateur et lui fait gagner un temps considérable. C’est une solution logicielle qui s’appuie sur la fonctionnalité de surveillance des bassins de fusion intégrée à la gamme de machines DMP, DMP Monitoring. Cette possibilité a originellement été conçue pour détecter les défauts potentiels pendant le processus de fabrication. Or, GF Machining Solutions a détourné sa fonction principale. Dogan Basic, Product Manager chez GF Machining Solutions explique : « Le DMP Calibration Tool exploite ce matériel de surveillance à détection de lumière dans un autre but : scanner des préformes pour identifier des trous de positionnement pré-usinés dans la surface de la pièce. » Concrètement, le laser vient scanner les trous dans la préforme et des capteurs viennent analyser les différences de réflexion de lumières. Ainsi, par triangulation et après correction de l’orientation des axes x,y et z. par le logiciel, le positionnement des préformes est connu avec précision. Ce processus peut se faire très rapidement et sur plusieurs préformes à la fois. Le risque d’erreur humaine est également éliminé. L’utilisateur peut ainsi ajouter de façon beaucoup plus optimisée de la matière additive sur une pièce déjà usinée.

Explication schématisée du processus de numérisation des trous dans les préformes

Côté applications, GF Machining Solutions affirme que cette approche de fabrication hybride pourra servir de nombreuses industries notamment l’aérospatiale et le médical qui produisent des pièces complexes en termes de structure interne, mais aussi dans la création d’implants de type tibial trays. Ces derniers pourraient ainsi être plus précis géométriquement tout en s’intégrant mieux au corps de chaque patient. Enfin, l’outil devrait être particulièrement bénéfique pour les fabricants d’inserts de moule et de matriçage. 

Dogan conclut : « Les outils coupants sont un autre exemple d’application. De plus en plus sont produits par fabrication hybride impliquant une préforme usinée sur laquelle une section additive est imprimée. Les méthodes hybrides sont préférées car la préforme a une géométrie très simple à produire par les méthodes conventionnelles. L’utilisation de la fabrication additive sur de tels outils permet de créer des canaux de lubrification et de refroidissement compliqués qui seraient difficiles à produire avec un usinage conventionnel. Un manque de précision dans la fabrication additive peut engendre un gros déficit de performance de l’outil. C’est pourquoi notre solution unique de référence est très appréciée. » Vous pouvez retrouver davantage d’informations sur le site de GF Machining Solutions ICI.

Un moule conçu grâce à différents procédés de fabrication, dont la fabrication additive (crédits photo : GF Machining Solutions)

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