Fabriquez directement vos pièces en minimisant les reprises d usinage et les pertes de matière

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Marianne Leroux
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1 Conférence technique MIDEST2010 Page 1 Fabriquez directement vos pièces en minimisant les reprises d usinage et les pertes de matière Christophe Reynaud : christophe.reynaud@cetim.fr

2 Contexte industriel Page 2 Triptyque permanent des fabricants et intégrateurs de pièces mécaniques Quels bénéfices peuvent vous apporter les procédés de Métallurgie des Poudres

3 1 er Intérêt des procédés MdP Page 3 Fabrication de pièces au plus près s des dimensions finales et de pièces évidées Forme directe grâce à l outillage Compaction / Frittage Compaction par impact Injection de poudre PIM MIM -CIM - µ PIM Forme directe par fabrication additive sans outillage Stéréolithographie Impression 3D SPS / HIP Fusion sur lit de poudre (SLM, EBM) Projection de poudre (LENS, CLAD, DMD)

Injection de poudre PIM MIM -CIM - µ PIM Forme directe par fabrication additive sans outillage

4 Page 4 Les Poudres : Matériaux disponibles Poudres Métalliques M Titane et alliages, aciers faiblement alliés, aciers inoxydables, superalliages (base Co, base Ni), alliages magnétiques, bronze Poudres Céramiques, C Cermets et Métaux M RéfractairesR Zircone yttriée, alumine, SiC, nitrure de silicium, carbure cémenté, tantale. Poudres polymères Polyamides, polyéthylène, PEEK, PTFE, élastomères Tous les mélanges m imaginables. Tendances Poudres nanostructurées, poudres nano

$RéfractairesR Zircone yttriée, alumine, SiC, nitrure de silicium, carbure cémenté, tantale.$

5 Procédés de compaction frittage : Vue générale de la gamme de fabrication Page 5 Taille poudre : Acier d50 ~40-60µm Céramique d50 <1µm Donner la forme du composant Conventionnelle Tiède Par impacts Conférer les propriétés mécaniques Conventionnelle Par impacts 100µm Conférer les autres caractéristiques afin de satisfaire à la fonction d usage Source: EPMA

Conventionnelle Tiède Par impacts Conférer les propriétés mécaniques Conventionnelle Par

6 Procédé de compaction frittage : Fabrication d un moyeu de synchronisation Page 6 (Film réalisr alisé avec le concourt FEDERAL MOGUL SINTERTECH)

7 Principe du processus de compaction en matrice Page 7 Décomposition du cycle de compaction d un moyeu de synchronisation Possibilité de réaliser des formes complexes grâce au transfert de poudre suivant des colonnes : mouvements simultanés des poinçons inf. et sup. en regard sans compaction de poudre qui permettent l obtention d une forme géométrique homothétique à la pièce finale suivant l axe de compaction.

des colonnes : mouvements simultanés des poinçons inf. et sup.

8 Procédés de compaction frittage : Applications Page 8 Secteurs : Automobile, électrique, électroménager, outillage électroportatif, PORITE IKSM FM Sintertech FM Sintertech FM Sintertech Schunk FM Sintertech GKN Schunk Schunk IKSM

outillage électroportatif, PORITE IKSM FM Sintertech FM

9 Page 9 Performance du procédé Compaction/ frittage : Tolérances dimensionnelles Caractéristiques ristiques mécaniquesm Caractéristiques ristiques dimensionnelles 7.0 g/cm 3 Distaloy Astaloy Acier inox Rm (MPa) Dureté HV A%

10 Compaction par impact CGV : principe Page 10 Illustration (Film réalisr alisé par Hydropulsor AB)) Intérêts Densité élevée Caractéristiques mécaniques élevées Fabrication de pièces structurales polymère à haut poids moléculaire, ou à taux de charge élevé à caractéristiques élevées (Dev. Cetim en cours) Limitation Géométrie simple : 1 seul niveau Partenariat Metec Powdermetal AB / Cetim pour proposer une offre globale développement à production en série

moléculaire, ou à taux de charge élevé à caractéristiques élevées (Dev.

11 Page 11 Principe du procédé de compaction par CGV Illustration Compaction due des impacts d énergie contrôlée Energie max 20kJ soit ~1000t (40kJ partenaire Metec) Mode multi impact : 5 cp/s Durée compaction ~0.01s (conventionnel ~1s) Bélier Masse 350kg

20kJ soit ~1000t (40kJ partenaire Metec) Mode multi impact : 5

12 Compaction par impact CGV : Exemple de composants Page 12 Pièces mécaniques simples Höganäs s AB / Cloyes Höganäs s AB / Hawk Gears & Products Precision Components Pièces polymères Applications pressenties : - Prothèses biomédical -Pièces mécaniques de type engrenage. - Aimants alumina Pièces massives 180mm 2kg Pièces multimatériaux + UGV Ductile material Wear resistant material Pièces mécaniques complexes par UGV à vert

Prothèses biomédical -Pièces mécaniques de type engrenage.

13 Procédé d injection de poudres PIM MIM CIM : principe Page 13 FEEDSTOCK liant 40v% 60v% CONCEPTION FAB OUTILLAGE Cavité surdimensionnée INJECTION PRODUIT FINI Retrait ~14% à ~25% EBAVURAGE REPRISE USINAGE A VERT PARACHEVEMENT CMP FRITTAGE DELIANTAGE

surdimensionnée INJECTION PRODUIT FINI Retrait ~14% à ~25%

14 Procédé MIM applications Page 14 Secteurs : Lunetterie / automobile / horlogerie / armement / implants prothèses / instruments médicaux / outillages à main Source Schunk OBE Source Alliance Orthodontic System Bracket, Slide, and Hook MimEcrisa Kyocéra IFAM Source ARBURG Source Kinetic MIMitalia

outillages à main Source Schunk OBE Source Alliance Orthodontic System

15 Potentiel du procédé PIM comparaison avec le procédé de fonderie cire perdue Page 15 Forme complexe Caractéristiques mécaniques Caractéristiques des pièces MIM : Densité 97 à 99.5% Masse 0.02 à 100g Ep de paroi 0.3 à 15mm Ømax ~80-100mm Précision : ±0.5% cote nominale Comparaison des procédés MIM Fonderie cire perdue Rm (MPa) Dureté A% Acier Inox Fe-Ni HRC HV Prop. eq. état recuit

02 à 100g Ep de paroi 0.3 à 15mm Ømax ~80-100mm Précision : ±0.

16 Procédés de fabrication directe : les différentes solutions Page 16 Fabrication directe Sans Fusion Fusion de poudre 1 étape 2 étapes Lit de poudre Apport direct Electron Laser EOS 3D Systems Arcam Trumpf MTT/ 3D S. Concept Laser Optomec DMLS Disc SLS Prometal EOS Phenix Systems POM - Trumpf 3DPrinting Realizer Aeromet

direct Electron Laser EOS 3D Systems Arcam Trumpf MTT/ 3D S.

17 Procédés de fusion sur lit de poudre : Page 17 principe Illustration du procédé SLM (Film réalisr alisé par la société phénix nix) 10µm

18 Fusion laser : Caractéristiques microstructurales et propriétés Page 18 Cas de prothèses dentaires en alliage Co-Cr MI PONTIQUE Porosités = 0,58 % 3 5 Porosités < 0,5 à << 1 % 2 Chape MI CONNECTIQUE MI CHAPE Pontique 4 1 Matériau : alliage Co-Cr / ASTM F75 mis en forme sur équipement Phénix PM XY sens cordon 100 W Z 100 W Référence XY sens cordon 200 W Rm (Mpa) Rp0,2 (Mpa) 100A% (%)

Pontique 4 1 Matériau : alliage Co-Cr / ASTM F75 mis en forme sur équipement Phénix PM100 1400 1200 1000

19 La fusion par faisceau d électrons : caractéristiques matériaux Page 19 Microstructure grade TA6V Microstructure fine, homogène et dense Conforme pour terminaison poli Caractéristique matériaux

20 Procédés de fabrication directe par apport : principe et équipements Page 20 Optomec procédé LENS Laser YAG : 2-4 kw Matériaux : TA6V; aciers: H13,17-4PH ; inox.: 304,316,420 ; Inconel : 625, 713,718, Aluminium 4047, Volume : 1500x900x900 mm Trumpf DMD Irépa Laser CLAD, EASYCLAD

21 Fabrication directe par projection : propriétés Page 21 OPTOMEC Laser Engineered Net Shaping Tests de fatigue TA6V réalisés par EADS LENS Source : Optomec Lens Process Withe Paper : Fatigue Testing of Lens Ti-6-4. Richard Grylls

22 Procédés de fabrication additive applications : outillage, prototypes, petite série Page 22 Aéronautique Médical Automobile : Prototypes, Compétition Outillage A découvrir Petites séries.

23 Bilan Fabrication directe métallique Page 23 Points forts : Points faibles : - Ebauche de géomg ométries complexes - Personnalisation - Allègement - Pièce unitaire / petite séries - État de surface - Productivité faible (fonction ratio taille chambre/ taille pièce, accroissement puissance laser) - Caractéristiques mécaniques / types de pièces et machines Axes de développement d forts Domaines d applications actuels : - Outillages - Pièces médicales - Prototypes à haute valeur ajoutée : aéro., médical, Maturité : - Démarrage de la sous-traitance de pièces Autres développements : - Multimatériaux, microfabrication

24 Illustration de l intérêt des procédés MdP au travers de cas d application Page 24 Cas de la bielle procédé de compaction frittage Procédé Forgée Frittée e forgée Forgée e optimisée e sécables Compactée e frittée Coût unitaire (U.A.) Nb opérations usinage Simplification de la gamme de fabrication Réduction du coût Réduction du délai d de fabrication source stage Formation K83 Cetim + +

25 Illustration de l intérêt des procédés MdP au travers de cas d application Page 25 détente de pistolet automatique procédé MIM Détente PA Intérêts : Augmentation de la complexité et de la finesse. Réduction des pièces mobiles Gain de masse + Source Alliance + +

26 Illustration de l intérêt des procédés MdP au travers de cas d application Page 26 Pièce de réglage r de siège procédé MIM + + +

27 Illustration de l intérêt des procédés MdP au travers de cas d application Page 27 Fabrication directe d orthd orthèses de type O.R.M. Les objectifs du client : - Augmenter sa capacité de fabrication (industrialisation) - Réduire le coût marginal unitaire Les contraintes : - Biocompatibilité / ISO Environnement d utilisation (salive, T=37.5 C) - Durée de vie du produit : 2 ans Solution : - Frittage laser thermoplastique

28 Cas de l orthèse Page 28 Une Chaîne de fabrication industrielle Empreinte moulage Digitalisation + CAO Fichier STL Frittage + revêtement Assemblage 4 pièces Transfert technologique

29 Intérêts des procédés MdP Page 29 Efficacité matière élevée e & Economies d éd énergie

30 Comparaison des procédés MdP avec les procédés conventionnels Page 30 Données EPMA DesignforPM

31 Les réponses de la MdP Page 31 Géométries complexes Accroissement de la fonctionnalité Nvx matériaux Fabrication sans outillage : FA Limitation des opérations de parachèvement Productivité Taux d engagement matière

32 Page 32 Merci de votre attention Besoin d en savoir plus : N hésitez pas à nous contacter ultérieurement. Contact : christophe.reynaud@cetim.fr Si vous souhaitez recevoir cette présentation, merci de vous enregistrer auprès de notre hôtesse

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