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Fabrication rapide de pièces métalliques complexes

Mirel Scherer

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- Cet équipement met en oeuvre la solidification laser couche par couche au moyen d'une ou de plusieurs poudres métalliques.

Construire ou réparer les outillages métalliques complexes comme les empreintes de moules d'injection de grande dimension est un processus complexe qui nécessite des moyens coûteux et des cycles de fabrication longs. De nombreux constructeurs essaient donc d'imaginer des solutions originales pour réduire le temps et le coût de ces opérations. Fabricant émérite de machines-outils pour le travail de la tôle, Trumpf a décidé de s'allier avec le constructeur d'équipements de prototypage rapide américain POM. Le résultat : une machine cinq axes construite par le géant allemand et dévoilée au salon Euromold 2003, qui met en oeuvre le procédé DMD (Direct Metal Deposition) breveté par ce dernier. Il s'agit d'un processus de construction ou de modification de la géométrie d'une pièce métallique grâce à la solidification laser couche par couche d'une poudre métallique. « La TrumaForm DMD 505 peut être utilisée pour de nombreuses applications d'outillage rapide, notamment quand l'objectif recherché est d'assurer la déposition précise de couches métalliques sur des structures de haute qualité sans endommager thermiquement la base », explique Robert Ganter, responsable du projet chez Trumpf Laser und Systemtechnik. La liste des applications envisagées est longue mais on peut citer la fabrication ou la réparation des empreintes de moules d'injection ainsi que des outillages de presse d'emboutissage... Le secret des performances de la machine réside dans les nombreux capteurs mis en oeuvre pour réguler le processus de construction de la pièce. Chacune des couches construites est ainsi exempte de pores et autres fissures et l'adhésion avec le matériau qui constitue la base est parfaite. Ce qui facilite les opérations secondaires comme les usinages par exemple, si elles sont nécessaires. Autre atout du procédé : la possibilité de mixer différentes poudres ou de construire des couches de matériaux différents (acier/cuivre, acier/fonte, etc.) en fonction de l'application. La combinaison de différents matériaux a un impact positif sur les coûts car on peut fabriquer la structure de surface d'un moule complexe en utilisant un acier spécial qui coûte cher tandis que la base peut être réalisée avec un matériau moins coûteux. Cette combinaison améliore aussi l'équilibre thermique de la pièce : le coeur de l'outillage peut être réalisé avec un matériau à haute conductivité et la surface avec un métal résistant à la chaleur.

Comment fonctionne la machine ?

Une tête spéciale assure la déposition par pulvérisation de la poudre métallique sur la surface de la base que l'on doit traiter. Cette poudre est solidifiée par une tête laser CO2 d'une puissance de 5 kW et guidée par un système cinématique cinq axes pour suivre la trajectoire programmée par la commande numérique de la machine. La haute densité énergétique et l'excellente focalisation du laser diminuent grandement la dissipation de chaleur dans la pièce par rapport aux méthodes classiques de réparation par déposition de métal comme le soudage TIG (Tungsten Inert Gas). Ce qui élimine les risques de déformation, sources de dépenses inutiles. Le contrôle du processus assuré par cette machine s'effectue en temps réel et la géométrie réalisée est constamment corrigée si nécessaire.

Signe des temps, la commande numérique de la machine est reliée à Internet ce qui veut dire que l'opérateur peut être en liaison avec le programmeur. En clair, le pilotage de la machine s'effectue sans que les savoir-faire "processus de fabrication" et "programmation" ne soit directement présent sur le lieu d'exploitation...

LES PERFORMANCES

La TrumaForm DMD 505 Le gisement d'économies offert par la machine que propose Trumpf est considérable. Les changements incessants de conception jusqu'à la mise au point finale d'un outillage, les erreurs dans la fabrication d'une empreinte de moule ou la simple usure du moule... sont autant de casse-tête auxquels la déposition de poudre métallique propose une réponse efficace. Elle peut rajeunir, par exemple, un moule usé ; or cette opération s'avère dans certains cas 80 % plus rapide que la fabrication d'un nouveau moule.

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