Quelles solutions pour la finition de surface des pièces métalliques issues de fabrication additive?

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1 1 Quelles solutions pour la finition de surface des pièces métalliques issues de fabrication additive? Stéphane GUERIN Cetim PPI

2 2 Enjeux Tolérances et état de surface Tenue à la fatigue Préparation mise en revêtement Assemblage Données FA Formes complexes Formes internes Supports de fabrication Etat de surface médiocre et hétérogène Prise de pièce difficile Surépaisseur Peu de rigidité Propreté (médical)

3 3 Pris en compte du process de finition dès la conception Prise de pièce Rigidité pièce Supports de fabrication Taille et forme des canaux Taille des structures lattices

4 4 Typologies des pièces issues de FabAdd Pièces rigides à bonnes accessibilités Pièces fragiles à faibles accessibilités Canaux intérieurs Pièces à structure organique (issue de l optimisation topologique)

5 5 Procédés de reprise et finition envisageables Fonction du matériau, de la géométrie, du Ra, de la précision de la pièce Pièces rigides à bonnes accessibilités Pièces fragiles à faibles accessibilités Usinage : fraisage 3 et 5 axes Tribofinition, sablage Procédés mécaniques, chimiques Canaux intérieurs Abrasive Flow Machining Procédés chimique, ECM

6 6 Procédés de reprise et de finition Mécanique Reprise et finition Electrique Chimique Usinage, fraisage, Rectification Abrasive Flow Machining Tribofinition Sablage Jet d eau abrasif Thermique Polissage laser Ebavurage thermique Plasma Faisceau d électron L hybridation Usinage chimique Polissage électrolytique EDM PECM ECM Coolpulse

7 7 Base de données Cetim Recensement des solutions de finition du marché Présentation des technologies Champs d applications Mise en œuvre : paramètres principaux Avantages, limites Etat de surface, précision Fournisseurs Caractérisation Mesure Formation Cetim

8 8 Solution de reprise et finition par usinage à l outil coupant Opérations réalisées Supprimer les supports Reprendre les zones fonctionnelles Obtenir la bonne rugosité

9 9 Reprise par usinage d un point pivot Caractéristiques et contraintes Matière : TA6V Issue de SLM Potentiellement déformée sous les effets de la construction et du traitement Références à prendre sur la pièce Suppression des 8 supports Usinage des 6 zones fonctionnelles (alésages et surface d appui) Résultat : reprise des surfaces Mise en œuvre de la mesure sur machine Fraisage et perçage 2D, 5 axes positionnés Besoin de dégauchir et recaler la pièce (palpage et best fit)

10 10 Moyens de mesure sur ou hors machine pour sécuriser les opérations de reprise et finition Contrôler la pièce Valider les déformations Repositionner la pièce Problématique d écart de position ou de forme sur pièce Mise en place d outils pour quantifier ces écarts Correction des écarts par repositionnement des parcours d outil Recalage (Best Fit)

11 11 Moyens de serrage spécifique pour la prise de pièce Reprise des pièces issues d optimisation topologique Système adaptatif par picot (à mémoire) (Matrix) Système modulaire (Norelem, Halder ) Vidéo Cetim

12 12 Encapsulation (Impression 3D) Répartition des forces de serrage autour de la pièce Réduction des vibrations, des risques de déviation et d endommagement des surfaces

13 13 Fraisage pour la reprise et la finition de pièces Fab Add Avantages Limites Solution polyvalente (opérations 2D, 3D ) Accessibilité grâce au 5 axes Pas de problème sur Ra de départ ( Ra >> 20µm) Pas de limite sur la taille des pièces à reprendre Suppression possible des supports accessible Recalage de la pièce sur machine (palpage, dégauchissage) Usinage de tous les matériaux Rigidité de la pièce Moyen de bridage Canaux et forme interne (si pas d accessibilité)

14 14 Investissement Cetim sur 2017 Machine 5 axes continu Pour la reprise des pièces issues de fabrication additive Avec chaine de mesure sur machine (palpage, logiciel Best fit ) Pour l ébavurage et le polissage sur CU Machine de fabrication additive Metal Binder Jetting Pour la fabrication de pièces 3D

15 15 Solution de reprise et finition par ECM Usinage électrochimique des métaux ECM (Electro Chemical Machining) Par action du courant dans un milieu électriquement conducteur Forme de l électrode reproduite dans la pièce à usiner Loi de Faraday Evolution vers le PECM PECM (Precise Electro Chemical Machining) Electrode vibrante et gap régulé Courant pulsé entre l électrode et la pièce à usiner Précision de reproduction plus importante et Ra inférieur par la diminution du gap permise par le procédé

16 16 PECM d un blisk Caractéristiques Matière Chrome Cobalt Issue de fabrication additive (surépaisseur de 0,3mm Ra 25µm) 5 pales Dimensions 30*15mm Epaisseur mini 0,2mm et maxi 1,1mm Outillage PECM Avec base tournante Résultat : reprise et finition en 3 positions Temps d usinage de 9 min (ECM+Polissage PECM en statique) Ra 0,25µm Départ d un Ra de 25µm ramené à un Ra de 0,25

17 17 PECM d une cupule Caractéristiques Matière Chrome Cobalt Brut D50mm Issue de fusion laser+hip (sur ép 0,5mm Ra initial 1,5µm) Précision de 0,1mm (rayon sphère) et défaut de forme 0,05 mm (sphéricité) Poli miroir <0,05µRa Outillage PECM Electrode rodée Résultat Temps de 7 min (calibration+finition+polissage) Ra : 0,03 µm Rz : 0,26 µm Rt : 0,5 µm Possibilité de polir simultanément 8 à 12 pièces

18 18 PECM d un plateau tibial Caractéristiques Matière Chrome Cobalt Brut 50*75*20 mm Issue de fusion laser+hip (sur ép 0,3mm Ra initial 0,8µm) Précision de 0,06mm et défaut de forme 0,1 mm Poli miroir <0,05µRa sur plan et plot Outillage PECM Electrode polie manuellement Résultat Temps de finition et polissage de 3 min Mesure topographique de la surface Importance de la qualité métallurgique du matériau (Taille de grain et homogénéité matière)

19 19 PECM pour la reprise et la finition de pièces Fab Add Avantages Limites Pas de problème sur la sur épaisseur à usiner Pas de problème sur Ra de départ ( Ra >> 20µm) Finition très rapide (quelques secondes à quelques minutes) Ra <0,1µm selon le matériau Pas de bavure Respect de l intégrité matière (pas d incidence thermique et mécanique) Taille de la pièce Pas de contre dépouille Coût de l outillage