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Guide d'achat : vérifier avec les machines d'atelier (05/06/2000)

Les tests d'assemblage ou les essais fonctionnels nécessitent des prototypes les plus proches de la réalité.
«Visualiser à l'aide de maquette est une chose, mais très vite, l'industriel veut aller plus loin dans l'utilisation des prototypes produits », constate Dominique Maître, représentant de la marque Stratasys en France. Il peut s'agir d'assembler plusieurs pièces, ce qui nécessite alors une précision dimensionnelle irréprochable et une certaine souplesse du matériau, voire plus lors d'enclipsages. Il peut s'agir aussi de tests grandeur nature, où la pièce doit être suffisamment résistante en température, aux vibrations, aux chocs, aux solvants, à l'humidité, etc. Dans ce but, la duplication de pièces par coulée sous vide ou moulage silicone est alors plébiscitée pour produire quelques dizaines de pièces proches ?bonne matière? qui rempliront leur office. «Les résines époxydes et le procédé de stéréolithographie (SL) sont à ce titre incontournables, parmi la douzaine de procédés existants, pour produire les modèles de la qualité requise, après ponçage et peinture dans des compromis de temps et de coûts acceptés par le marché », résume Abou Ziad, directeur de la société de service CEP. Par une recherche accrue sur les matériaux, la SL entend regagner le terrain cédé au frittage de poudre, seul habilité à produire des pièces réellement fonctionnelles. 3D Systems clame l'avènement prochain de résines chargées. En attendant, le constructeur annonce un nouveau polypropylène résistant à 120 °C (contre 80 °C auparavant en continu) et supportant un allongement de 20 %. « Les pièces produites dans cette matière se montent alors sous capot », explique Robert Baumgartner, VP de 3D Systems. Un nouvel époxyde, référencé SL 5530HT, résiste à des températures de 200 °C. Sa contrepartie est d'être cassant. Il est destiné à la fabrication de moules pour fibres de carbone. Son coefficient de dilatation, proche de celui du carbone, permet de raccourcir les rampes de montée en température d'un facteur 5, ainsi que leur temps de calcul. Résines ou poudres Côté machine, la SLA 7000 affiche de nouvelles performances, « mais à un coût bien trop élevé », estime Philippe Hoarau, Pdg de Crésilas, dont la douzaine de machines en fait l'un des plus gros prestataires français de PR. La SLA 7000 offre les mêmes capacités en volume que la SLA 5000. Mais elle offre « une meilleure résolution (soit 0,025 mm) et une vitesse de fabrication quatre fois supérieure », affirme le constructeur. Cela grâce à un faisceau laser de 820 mW séparé en deux par une optique. Le premier faisceau, d'un diamètre de 0,01", polymérise le contour de la couche : le second, d'un diamètre de 0,03", balaye l'intérieur, avec un rendement supérieur. La machine propose quatre modes de résolution, de 0,025 mm à 0,076 mm. A noter le procédé de Cubital, technique dérivée qui fait appel à un masque et à une lampe UV pour ?flasher? la résine. Ce qui en fait un des systèmes les plus productifs et économiques lorsque le bac est rempli au maximum de ses capacités. Le frittage de poudre est ?l'autre? procédé, imbattable pour la résistance mécanique conférée aux pièces plastiques. Un laser de forte puissance fusionne en surface une pou-dre, préchauffée à une température proche du point de fusion. Le terme ?frittage? est donc un peu détourné de son acception première : qui fait intervenir une pression. Les avancées en la matière permettent-elles, dorénavant, d'obtenir de bonnes caractéristiques structurales sans cette opération ? Les grains de poudre qui ne sont pas balayés par le faisceau laser ne sont pas affectés et jouent le rôle de support pour la couche suivante étalée par un rouleau mécanique. Deux constructeurs se partagent le marché : EOS et DTM. La machine DTM a la particularité d'être polyvalente pour fritter un grand nombre de matériaux (polyamide chargé, thermoplastique flexible, polycarbonate, composite polyamide cuivre et acier/cuivre, sable phénolique). C'est un avantage qui peut se retourner contre elle, à cause de la difficulté de changements de matériaux, de paramètres, des différences de densit... Les machines d'EOS sont, quant à elles, dédiées à des familles de matériaux. En polymère, EOS propose un polyamide 12, (usage technique), et un polystyrène. Le premier offre une résistance mécanique naturelle : une charge de billes de verre améliore sa tenue en température (130°C). Le second est apprécié en fonderie, en générant les modèles à cire perdue qui seront recouverts d'une carapace de céramique. Un bon état de surface nécessite des finitions Les pièces produites offrent une bonne précision (+/- 0,127 mm) et une excellente stabilité dans le temps, contrairement aux pièces en résines photopolymérisées. Malheureusement, le polyamide a un fort coefficient de retrait (durant le refroidissement qui dure plusieurs heures), difficile à maîtriser pour les pièces épaisses. L'état de surface n'est pas des meilleurs, et requiert un ponçage et un vernissage. « Mais quel que soit le procédé, un bon état de surface, c'est de l'huile de coude », remarque avec justesse Philippe Hoarau, grand utilisateur de machines de SL et patron de Crésilas. Le procédé de modelage par extrusion d'un filament d'ABS fondu de Stratasys est plébiscité pour les qualités du matériau mis en œuvre. Deux buses d'extrusion déposent en continu deux matériaux non miscibles : l'un servant de support, l'autre, constituant la pièce. L'épaisseur de couche est contrôlée (de 0,15 à 0,25 mm) par une fraiseuse, qui vient araser la couche déposée. « Le procédé est capable de réaliser de grandes pièces, de dimensions précises et de grande résistance mécanique, là où d'autres techniques échouent », souligne Yvon Gallet, Pdg de la société Initial. Autre avantage, la matière utilisée pour les supports est soluble et rend particulièrement pratique la création de modèles ajourés ou comportant des pièces en mouvement. Parmi les inconvénients, figurent la porosité des pièces et une résistance relativement faible à 80 °C. La lenteur du procédé est aussi un handicap, malgré les grands progrès obtenus par le système de déplacement magnétique sur coussin d'air Magnadrive. Sanders Prototype Inc (SPI) a pris la troisième place des ventes de machines en 1999. Sa machine Model Maker est parmi les plus précises. Enfin, les procédés à base de matériaux en feuille, comme le papier A4 avec Kira (non distribué en France) ou en rouleau avec Helisys, ou encore l'acier avec le procédé de Stratoconception, ont leurs émules. Leur coût est relativement faible, et leur vitesse de fabrication assez grande, notamment pour les pièces massives, ne comportant ni stress ni déformation à anticiper.

Ph.B

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