Fabrication additive des pièces en métal : 7 étapes (étude de cas)

Au fur et à mesure de l’évolution de la fabrication additive (AM), des pièces de plus en plus complexes sont imprimées en 3D. Toutefois, chaque matériau a ses propriétés et nécessite donc un processus de fabrication qui lui est propre. Et qu’en est-il du métal ? C’est Sirris qui a réalisé l’essai. Nous avons imprimé la toute première culasse au monde pour un nouveau moteur automobile. Les meilleures pratiques que nous apprises au cours de ce processus sont résumées dans les 7 étapes ci-dessous.

La culasse est en Ti6Al4V, un alliage de titane de haute résistance, et servira dans le moteur de l’EcoMOTION, voiture prototype développée par la Haute Ecole de la Province de Liège (HEPL). Sa mission : fabriquer une pièce métallique complexe essentielle à l’économie d’aujourd’hui en utilisant le moins de matériau possible et en réduisant le temps de la conception à la fabrication.

1. Modification de la conception

La conception de la pièce d’origine a été modifiée pour deux raisons principales : afin de bénéficier des avantages de la fabrication additive et d’assurer la conformité aux spécificités de fabrication. Tout d’abord, une version plus légère de la tête de cylindres a été conçue. En même temps, des carrés ont été ajoutés à la surface afin de réduire la zone de fusion (voir étape 5) par couche. Une épaisseur supplémentaire a également été ajoutée afin de permettre une étape de post-finition (voir étape 7).

Pièce d’origine (gauche) et pièce redessinée (droite)

2. Technologie

Le choix de la machine/des machines est une étape essentielle. Pour fabriquer la culasse, nous avons utilisé une machine à fusion par faisceau d’électrons (EBM), qui utilise un faisceau d’électrons pour faire fondre une poudre métallique et la déposer en couches successives – d’où le terme « additive ».

3. Réorientation

Afin d’appliquer la quantité exacte de métal en fusion, il faut que la pièce soit correctement orientée dans l’espace 3D. Fondre trop de métal par couche, c’est risquer l’apparition de défauts.

4. Fabrication de supports

Au cours du processus d’impression, des structures de support supplémentaires sont parfois nécessaires, un peu comme un échafaudage. Une fois que la pièce est terminée, les supports peuvent être retirés. Pour la culasse, nous avons conçu des supports dentelés et en morceaux, faciles à retirer à la main (en orange).

5. Fabrication

L’impression de la pièce est un processus rapide : nous avons fabriqué 2 pièces en 24 heures. La poudre métallique agglomérée dans la machine est facilement recyclable.

6. Scanning 3D

Si l’orientation n’était pas optimale (voir étape 3), les contraintes thermiques créées pendant la fabrication pourraient déformer la pièce. Dans tous les cas, il est recommandé de procéder à un scan optique afin de vérifier les dimensions et de bien « balancer » le brut avant usinage.

7. Post-finition

Au cours de cette dernière étape, on peut traiter des surfaces spécifiques afin d’ajouter des propriétés particulières. Au moment de redessiner la pièce, il est important de tenir compte de cette étape (voir étape 1). Une surépaisseur de 1 mm avait été ajoutée à tous ces endroits.
La pièce a subi 2 étapes de post-finition. D’abord un polissage chimique pour les conduits internes difficilement accessibles, ensuite un post-usinage nécessaire, de toutes les éléments fonctionnels et tolérancés.

Et voilà ! La pièce est prête à être montée dans le moteur. Et donc nous pouvons vous assurer (avec fierté) que ça marche !

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