Fabrication Additive: Quand cela vaut-il la peine d utiliser un procédé de fabrication additive? Marc Vetterli inspire AG

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1 Fabrication Additive: Quand cela vaut-il la peine d utiliser un procédé de fabrication additive? Marc Vetterli inspire AG

2 Agenda Pourquoi recourir à la fabrication additive? Conception pour la fabrication additive Limites & Avantages de la fabrication additive Volumes de Production Aspects Qualité Conclusion 2

3 Pourquoi recourir à la fabrication additive? Pièces complexes Assemblages Simplification Source: Inspire irpd 3

4 Pourquoi recourir à la fabrication additive? Pièces complexes Assemblages Simplification BIOMIMICRY: siège en nylon (SLS) par Lilian van Daal 4

5 Pourquoi recourir à la fabrication additive? Tête de bobine: 40 heures-machine Pièces complexes Assemblages Simplification 350mm 480mm 5

6 Pourquoi recourir à la fabrication additive? Avant: 21 pièces Après: 3 pièces Pièces complexes Assemblages Simplification Avant: 5 pièces Après: 1 pièce 6

7 Comment implémenter la Fabrication Additive? 1 Fichier CAO Construction Reverse Engineering: Scan 3D 2 Fabrication par procédé additif (SLS, SLM, 3DP, SLA ) inspire AG: Expertise en SLS/SLM 7

8 1 Fichier CAO: Les 3 piliers Basé sur le livret «The Design Guide to Additive Manufacturing» - Règles de conception: aide pour la conception de pièces CAO aptes aux procédés AM - Potentiel de conception: présente les avantages des procédés AM pour l optimisation de pièces - Caractéristiques de production: décrit les limitations des procédés AM Épaisseur de paroi minimale 0.5mm (SLS,SLM) Diamètre d arbre minimal 0.8mm SLS; 0.5mm SLM Fabrication SLM SLS surplomb 8

9 1 Reverse Engineering: Scan 3D Digitaliser Préparation des données (Re)Construction et production Construction Solidworks FEM Comparaison Consigne/Réel Production SLS SLM 3D print SLA FDM 9

10 2 SLS-SLM - Selective Laser Sintering (SLS): poudre polymère - Selective Laser Melting (SLM): poudre métallique Réserve de poudre Surface de poudre Rouleau Laser 10

11 2 SLS-SLM - Selective Laser Sintering (SLS): poudre polymère - Selective Laser Melting (SLM): poudre métallique - Plaque de base - Structures de support Stabilité et dissipation thermique - Empilement de pièces - Rajout de pièces en cours de fabrication 11

12 Limites & Avantages pour SLS - SLM Simplicité - Pièces complexes - Liberté de conception - Fonctions incorporées - Coûts d entrée bas - Volumes de production: 1 à X00 - Individualisation - Cycles courts d optimisation de produit - Production sur demande (pas de stockage nécessaire) - Précision, tolérances (comparable au moulage VDG P690) - Répétabilité, Reproductibilité limitées - Anisotropie des propriétés mécaniques - Etats de surface - Peu de matériaux - Inefficace pour gros volumes - Porosité intrinsèque 12

13 Limites & Avantages pour SLS - SLM Simplicité - Pièces complexes - Liberté de conception - Fonctions incorporées - Coûts d entrée bas - Volumes de production: 1 à X00 - Individualisation - Cycles courts d optimisation de produit - Production sur demande (pas de stockage nécessaire) - Précision, tolérances (comparable au moulage VDG P690) - Répétabilité, Reproductibilité limitées - Anisotropie des propriétés mécaniques - Etats de surface - Peu de matériaux - Inefficace pour gros volumes - Porosité intrinsèque 13

14 Volumes de Production De la pièce unique à la moyenne série (~X00) Personnalisation (médical, logos d entreprise ) 14

15 Aspects Qualité - Productivité System fitness Calibration Equipment preventive maintanance Producer Q-control (supplier) control Q-control Plastic powder Virgin powder sieving Used powder flowability mixing distribution Material flowability Q-control (internal) distribution Process fitness? Type, Q-control (supplier) Metal powder Influence parameter on ALM-Processes (Rapid Manufacturing) 2010 Inspire data Process parameter Part orientation Part preperation Production Sacrificial parts Process control Batch Dimension (geometry) Surface Inspection (visual) Part Surface refining coating infiltration Density Finish Tracking system along the process chain to guarantee the traceability of the production of any part 15

16 Aspects Qualité Stabilité dimensionnelle: chaque job contient pareille pièce PA12* HST** Mesure Consigne [mm] Réelle Stdev Réelle Stdev * Valeurs calculées sur 102 pièces ** Valeurs calculées sur 66 pièces 16

17 Aspects Qualité Etats de surface dépendent: Orientation de la pièce dans la machine Orientation de la surface sur la pièce Granulométrie de la poudre Forme des grains de poudre SLS: R a ~ µm R z ~ µm SLM: R a ~ 5-20 µm R z ~ µm - Ponçage / trovalisation / laquage / métallisation Nombreux traitements de surface applicables 17

18 Aspects Qualité Propriétés des matériaux: Polymères SLS Matériaux SLS Duraform PA-12 Duraform HST Duraform flex icopp (*) Résistance Traction (MPa) Module Elastique (MPa) Ca Densité (g/cm 3 ) Elongation à la Rupture (%) Ca Charpy (kj/m 2 ) Dureté (Shore A) Résistance thermique ( C) 88 C 165 C - ~ 50 C 18

19 Aspects Qualité Propriétés des matériaux: SLS vs Injection Molding 19

20 Aspects Qualité Propriétés des matériaux: Métaux SLM Matériaux SLM SS- 316L SS 17-4PH as processed SS 17-4PH heat treated IN-718 heat treated Ti6Al4V Résistance Rupture R m (MPa) ± 53 Limite Elastique R P0.2 (MPa) Module Elastique (GPa) ± ± 6 Densité (g/cm 3 ) Elongation à la Rupture (%) Dureté (HRC) (*) 20

21 Aspects Qualité Propriétés des matériaux: SLM vs conventionnel Inconel 718 Forgé Coulé SLM Recuit à 1080 C A.Spierings, irpd 21

22 Conclusion Pièces complexes de petites à moyennes séries Fichiers CAO de bonne qualité déterminent la qualité finale Suivre les règles de conception assure une implémentation optimale Nombreux avantages, inconvénients sont objets d intenses efforts de recherche à travers le monde scientifique et industriel Propriétés mécaniques quasi-équivalentes aux procédés conventionnels 22

23 Merci pour votre attention! Si vous avez besoin d aide que ce soit en Données CAO Développement matériaux (SLM/SLS) Production Analyses de poudre / Surface N hésitez pas à nous contacter à inspire à Saint-Gall! SLS: manfred.schmid@inspire.ethz.ch SLM: spierings@inspire.ethz.ch CAO/RE: raphael.schmid@inspire.ethz.ch En français: vetterli@inspire.ethz.ch 23

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