Conformal Cooling et Fusion Laser. Application de la Fusion Laser à la technologie du chaud / froid le projet NEWPIM

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1 Conformal Cooling et Fusion Laser Application de la Fusion Laser à la technologie du chaud / froid le projet NEWPIM CARMA 7 Février 2013

2 Qu est ce que le «Conformal Cooling» Mettre la thermique au cœur de l outillage. 1. Maitriser le dimensionnel de sa pièce. 2. Maitriser la stabilité et la répétabilité de son process. 3. Optimiser les mises aux points des outillages. 4. Réduire les défauts d aspect générés par les deltas de températures. ASSURER UNE PERFORMANCE OPTIMALE DE SA PRODUCTION Méthodologie : 1. Etude thermique de la pièce et du moule. 2. Etude fluidique du moule. 3. Fabrication du moule / éléments de moule. 4. Contrôle de débit et contrôle thermique.

3 Fabrication des outillages d injection Comment maitriser la température dans le moule d injection? Manque de place pour les canaux de refroidissement, Zone critique difficile d accès, => important gradient de température, Inertie Thermique du moule. Fabrication d outillage d injection : Usinage : refroidissement succession de cylindres Fusion Laser : refroidissement avec canaux complètement libre de forme Conséquences : Rapprochement des surfaces moulantes : gain en temps de cycles (~10 à 40%) Meilleure répartition des canaux : meilleur contrôle de la température et une plus grande homogénéité

4 Fusion laser en injection Technologie : Fusion laser de poudres métalliques (Maraging) Réalisé par strates de 40 µm Caractéristiques acier Maraging (équivalent Z38CDV5) : Dureté : 37 à 54 HRC après durcissement. Densité : 99,8 % Méthodologie : 1. CAO Etude thermique avec SIGMA 3D 2. Etude fluidique avec FLOWORKS 3. Fabrication par fusion laser 4. Finition par usinage. 5. Contrôle de débit et contrôle thermique (fourniture d un P.V de contrôle) 6. Traitement thermique (pour obtenir la dureté souhaitée)

5 Fusion laser pour refroidissement. Retour d application en production Données Techniques 2 noyaux en Maraging 180 x 150 x 150 ( Hauteur moulante = 100 mm ) Matière : PP 20% FV Recherche d une régulation homogène Régulation dans des zones inaccessibles traditionnellement Bilan Production depuis Avril 2008 Plusieurs centaines de milliers de pièces produites Moule en production.

6 Fusion laser pour refroidissement. Retour d application en production Fusion Laser pour déformation et refroidissement Données Techniques. - Hauteur moulante = 75 mm. - Matière PE / Pièce d aspect grainée sensible à la déformation (amovible dans le véhicule ) - Réguler le sommet du noyau ( largeur 5 mm environ ) et maintenir une bonne géométrie de la pièce a l état libre Bilan. Maxi 3 C de delta de température entre le différentes zones du poinçon en cycle Pincement de la pièce inférieur au millimètre. Aspect zones visibles homogène ( brillance )

7 Fusion laser pour refroidissement. Retour d application en production Cover Cluster OPEL CORSA (2008). - Moule sur 750 T PA 66 2 empreintes. Problématique du moule en production. - Pièces peintes car non conforme au Cdc brutes. - Temps de cycle allongée à 70 sec pour diminuer la déformation. Objectif annoncé. 49 Secondes / suppression de la peinture / Pièce conforme dimensionnellement.

8 Fusion laser pour refroidissement. Retour d application en production Résultats obtenus. - Suppression de la peinture validée par le client. - Déformée conforme au plan TEMPS DE CYCLE 43 Secondes A ce jour, cycles réalisés Moule en production.

9 Fusion laser pour refroidissement. Retour d application en production CONVENTIONNELLE

10 Fusion laser pour refroidissement. Retour d application en production Données. 320 T 4 Empreintes PA66GF pièces / an 4 ans. Résultats. Conventionnelle Conformal Cooling Productivité Temps de cycle [s] % Temps de refroidissement [s] % MAP % Perpendicularité [0,15 mm] 0,48 0,25 48% Planéité [0,2 mm] 0,3 0,18 40%

11 DEMONSTRATEUR PEP Données de base. 150 T 4 Empreintes PP Moule offert par SMOBYTOYS au PEP. Moule de démonstrateur mise à disposition pour permettre aux industriels de tester et se convaincre de la technologie. Travaux réalisés. - Mise en place d un robinet (2 ou 2). - 2 empreintes modifiées pour insertion d un circuit en Fusion Laser. - Modification de la broche centrale en conventionnelle pour régulation à l air.

12 DEMONSTRATEUR PEP Résultats. En traditionnel -> 20.9 sec. Fusion laser seule -> 15.9 sec - 24 % Fusion laser + régulation des broches à l eau -> 12.1 sec - 42 % Fusion laser + régulation des broches à l air -> 11.9 sec - 43 %

13 Fusion laser pour de l application chaud/froid Le Projet NEWPIM

14 Système chaud-froid Mise en place d un système de contrôle en température SISE dans le cadre du projet NewPIM Problématique d injection d un pièce MIM (fortement chargé en particules métalliques) : Principe : Monter en température pour faciliter l injection, la répartition des particules et améliorer les états de surfaces, descendre en température pour éjecter la pièce Besoin : Mise en dialogue de la presse et du système chaud / froid pour un pilotage en fonction de la température dans le moule. Choix technique : liquide caloporteur huile.

15 Temperature of Solid [ C] Validation de la Cao des canaux Etude rhéologique : Identification des zones chaudes. Etude fluidique : Vérification de l équilibrage, Simulation de la perte de charge en fonction du débit, 3L/min => 1,4 Bar avec huile, 0,6 Bar avec eau. Etude thermique : Validation de l obtention d un gradient de T suffisant : 70, avec phase de chauffe de 20s Etude mécanique : Usure : 52HRC suffisant pour le PIM Canaux circulaires suffisamment distants de la surface moulante (dans le cas contraire, simulation mécanique de l outillage) => Outillage capable de tenir 1 million de cycles Température minimum 0 Température moyenne Température 100 maximale Physical time (s)

16 Pièce après déliantage et densification Résultat avec injection Catamold 316L: Cycle chaud/froid efficace avec cyclage commandé par capteur thermique dans le moule, Meilleur aspect de surface : ouverture de nouveaux domaines d application : joaillerie, aéronautique Réduction de 70% du temps d injection avec la fusion laser Liquide caloporteur / système de régulation Canaux Températures consignes Temps de cycle (en s) Usinés Huile / SISE Fusion laser Moule traditionnel Moule fusion laser

17 EN CONCLUSION. Meilleure maîtrise géométrique et dimensionnelle de la pièce. Optimisation du temps de cycle. Fiabilisation du process (tps de dévelpt, répétabilité, efficience, ). Performant quelque soit la pièce (taille, cadence,.) Gain en temps de cycle validé 10 à 40%. Des milliers de possibilités d applications encore existantes. La limite, c est votre imagination PEP Nbr d applications outillage SLM

18 EN CONCLUSION CHAUD/FROID. De nouvelles solutions technologiques disponibles. Des capacités de mise en place sur des petites séries. Solution technologique à l amélioration de vos produits. * Réduction d épaisseur. * Suppression d opérations de reprise (peinture, etc.) * Optimisation du cycle. * Fiabilisation du process (tps de dévelpt, répétabilité, efficience, ). Un large choix de solutions technologiques à mettre en œuvre. Par convection (eau, huile, vapeur) Par induction (interne, externe, rapportée). Par conduction (céramique). Un pilotage par une instrumentation du moule pour une donnée «au plus juste».

19 Crédit photos : PEP Olivier GUERRIN PHOTOGRAPHE - LPKF Contact : M. David MULLER platinno@poleplasturgie.com 2, rue Pierre et Marie Curie BP 1204 Bellignat Oyonnax Cedex France : +33 (0) : +33 (0)