La fabrication additive offre de nouveaux degrés de liberté en ce qui concerne la conception des géométries des composants et devient un complément de plus en plus pertinent aux technologies d'usinage. Par conséquent, les nouveaux procédés d'"impression 3D métallique" sont présents dans un nombre croissant d'entreprises manufacturières et sortent de plus en plus de la niche pour s'imposer dans un environnement d'application de plus en plus large.
Fabrication additive
La fabrication soustractive utilise l'usinage pour enlever de la matière à partir du matériau brut afin de sculpter un composant dans la géométrie souhaitée. Il s'agit de procédés de fabrication tels que le fraisage, le tournage et le meulage. Un composant fabriqué de manière additive, en revanche, est créé en construisant couche par couche les contours d'un modèle numérique de données 3D de la pièce à usiner. Le principe de construction couche par couche décrit ici constitue encore aujourd'hui la base de tous les processus de fabrication additive.
Le soudage par dépôt laser, qui relève aujourd'hui du domaine du dépôt par énergie dirigée (DED), s'est imposé très tôt. La poudre est introduite dans un faisceau laser par l'intermédiaire d'une buse de poudre coaxiale, qui la fusionne avec une précision extrême. Le processus se caractérise par un taux d'accumulation très élevé. Le composant est construit couche par couche, en utilisant toute la cinématique à 5 axes de la fraiseuse CNC. Les géométries de support, comme dans le lit de poudre, ne sont pas nécessaires ici, puisque la cinématique à 5 axes amène toujours le composant dans la bonne position par rapport à la buse laser. Un convoyeur de poudre double intégré permet d'alimenter simultanément deux matériaux différents. Ainsi, différents métaux peuvent être appliqués en alternance pour conférer au composant les propriétés souhaitées - par exemple, une conductivité thermique plus élevée ou différents degrés de dureté dans certaines zones. Il est également possible de produire des matériaux gradués, ce qui permet de passer en douceur du matériau A au matériau B.
Un autre procédé important est la fusion sélective par laser (SLM) de poudres métalliques. La poudre est appliquée en fines couches sur une plate-forme de construction, puis fusionnée localement au laser en fonction de la géométrie du composant. La surface des couches à exposer est calculée à l'avance à partir du modèle 3D de la pièce. Une fois le processus de production terminé, la poudre excédentaire peut être extraite et réutilisée. En raison du large éventail d'applications, d'innombrables poudres de matériaux sont déjà disponibles dans ce domaine. Cela signifie que des pièces fonctionnelles (prototypes) peuvent être produites dans des matériaux en série et testées pour leur adéquation. Différentes qualités d'acier et d'aluminium, des alliages de cobalt-chrome et de nickel jusqu'au cuivre et au titane sont disponibles pour la construction de composants génératifs.
Les deux procédés, la déposition par énergie dirigée (DED) et la fusion sélective par laser (SLM), se distinguent essentiellement par les tolérances qu'ils permettent d'obtenir, les taux d'accumulation et les vitesses de production. Par exemple, la précision du soudage par dépôt laser est inférieure à celle du procédé par lit de poudre. En revanche, sa capacité à s'intégrer dans des machines-outils hybrides lui confère des avantages en termes de productivité. En effet, la structure du composant additif peut être agrandie en une seule fois avec un usinage conventionnel. En principe, les deux procédés ont donc leur raison d'être, et ce dans des secteurs différents.
Les machines DED sont depuis longtemps solidement établies dans la fabrication de moules et les applications aérospatiales. Dans le domaine de la réparation, les composants endommagés peuvent être reconstruits et des options de réparation aussi rapides qu'économiques peuvent être mises en place. Dans la technologie médicale, des solutions spécifiques aux patients pour les prothèses dentaires ou les prothèses articulaires sont créées dans le lit de poudre des machines SLM.
Les secrets de la réussite de la fabrication additive
Par rapport aux procédés conventionnels, la fabrication additive permet une approche totalement nouvelle de la conception et de la fabrication. Le potentiel réside dans la disponibilité des pièces de rechange, les géométries internes, les structures de composants complexes ou les faibles quantités. Une autre opportunité est offerte par les scénarios d'application qui conduisent à une amélioration significative des propriétés du produit.
Par exemple, l'optimisation de la topologie peut considérablement améliorer les propriétés d'un composant. Les structures fabriquées de manière additive (bioniques), par exemple, peuvent être utilisées pour réduire le poids tout en atteignant une très grande stabilité. Les processus de fabrication additive offrent donc des avantages, en particulier dans le cas d'exigences élevées ou très spécifiques en matière de propriétés des composants. Une chaîne de processus de bout en bout qui combine l'impression 3D métallique avec un post-traitement ciblé est également souvent plus économique que les processus conventionnels dans les bonnes conditions.
La fabrication additive est synonyme de pensée additive
Afin d'exploiter pleinement le potentiel de la fabrication additive de composants, un changement de mentalité doit déjà s'opérer dans le développement des produits. Le défi réside dans l'application pratique et l'identification du potentiel dans le spectre spécifique. Cela nécessite une connaissance fondamentale des possibilités respectives et une approche impartiale. Dans le meilleur des cas, les clients s'appuient sur des analyses compétentes qui fournissent des informations sur la valeur ajoutée que la fabrication additive peut apporter à l'entreprise et sur la manière dont les composants peuvent être optimisés par la technologie, que ce soit au niveau de leurs propriétés ou de leurs fonctions, et/ou peuvent être fabriqués de manière plus économique.
En raison des facteurs limitatifs de la fabrication additive décrits ci-dessus, l'impression 3D est un complément lucratif aux technologies d'usinage traditionnelles, mais ne les remplace pas. Dans la perspective du développement de la fabrication additive dans un large éventail d'industries et de son intégration dans de nouveaux modèles d'entreprise, le potentiel futur est particulièrement prometteur.
La constance dans la fabrication additive avec DMG MORI
Depuis 2013, DMG MORI soutient ses clients avec des processus intégrés dans la fabrication additive - d'abord sur la base du soudage au laser avec le LASERTEC DED et LASERTEC DED hybrides et depuis quelques années également dans le processus de lit de poudre avec la série LASERTEC SLM depuis plusieurs années. En tant que leader mondial de la fabrication de machines-outils, DMG MORI associe les procédés additifs à un large portefeuille de solutions d'usinage de haute performance. CELOS, en tant qu'interface globale, offre la possibilité d'un fonctionnement indépendant de la technologie et cohérent (expérience utilisateur).
Avant même la mise en œuvre des chaînes de processus additives, DMG MORI soutient les parties intéressées et les utilisateurs dans ses propres centres d'excellence en fabrication additive grâce à son expertise complète en matière d'impression 3D métallique et d'usinage conventionnel. L'objectif est de fournir des solutions de fabrication optimales qui ouvrent la voie à une production plus économique et à des produits de meilleure qualité.
Grâce à son vaste portefeuille dans le domaine de la FABRICATION ADDITIVE et de la technologie CNC, DMG MORI est en mesure de proposer quatre chaînes de processus additifs. Par exemple, les pièces peuvent d'abord être fabriquées dans un lit de poudre sur la machine LASERTEC SLM et être ensuite usinées. De cette manière, les composants fabriqués de manière additive peuvent être produits avec une très grande précision. Les utilisateurs peuvent également placer le processus d'usinage en amont. Par exemple, les corps de base des têtes de fraisage peuvent être fabriqués de manière productive. Enfin, la structure complexe du moule, y compris les canaux de refroidissement internes, est réalisée dans le lit de poudre.
Dans le domaine des buses à poudre également, deux chaînes de processus combinent la fabrication additive et l'usinage. La machine LASERTEC 65 DED pour le soudage au laser pur fabrique des composants exigeants ou des applications multimatériaux jusqu'à un diamètre de 650 x 560 mm, sans aucun contour de support. Lors de l'usinage de finition qui suit sur un centre d'usinage universel de DMG MORI, les surfaces planes, les ajustements ou les filetages sont finis avec la précision requise. Avec la machine LASERTEC DED hybrides DMG MORI réunit cette chaîne de processus dans un seul espace de travail. Selon les besoins, l'utilisateur peut passer de la fabrication additive à l'aide d'une buse de poudre à l'usinage simultané sur 5 axes ou à l'usinage complet sur 6 faces. Cela permet de produire des pièces encore plus complexes. En fonction de l'application, DED / DED hybrides sont disponibles pour des pièces allant jusqu'à ø 1 010 × 3 702 mm.