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Article

1 - ÉTAT DE SURFACE INITIAL DES PIÈCES FABRIQUÉES PAR FABRICATION ADDITIVE PAR LIT DE POUDRE

2 - TRAITEMENTS DE SURFACE SOUSTRACTIFS

3 - RÉSUMÉ ET ÉVALUATION DES MÉTHODES DE FINITION DE SURFACE

4 - PERSPECTIVES

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : BM7960 v1

Perspectives
Finition de surface de pièces produites par fabrication additive

Auteur(s) : Nicolas NUTAL

Date de publication : 10 oct. 2019

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RÉSUMÉ

Un traitement de finition de surface soustractif est requis pour la majorité des pièces métalliques issues de la fabrication additive par lit de poudre, notamment pour réduire leur rugosité ou atteindre la partie dense de la pièce. Dans cet article, l’état de surface initial des pièces issues de fabrication additive est abordé dans un premier temps. Ensuite, les méthodes mécaniques et chimiques utilisées pour la finition de surface sont introduites. Les procédés commerciaux permettant d’améliorer les propriétés de surface sont aussi présentés. Enfin, les perspectives liées à la finition de surface des pièces issues de fabrication additive par lit de poudre sont discutées.

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ABSTRACT

Surface finishing of parts produced by additive manufacturing

A subtractive surface finishing step is required for most metallic parts built by powder bed additive manufacturing, especially to decrease their roughness or reach dense area of the part. This article deals first with the surface state of parts produced by additive manufacturing. Then, the mechanical and chemical methods that can be used to perform the surface finishing are introduced. Commercial processes allowing improving the surface properties are also introduced. Finally, the perspectives linked to surface finishing of parts made by powder bed additive manufacturing are discussed.

Auteur(s)

  • Nicolas NUTAL : Spécialiste sénior - CRM Group, Liège, Belgique

INTRODUCTION

La production de pièces métalliques par fabrication additive de type lit de poudre constitue une révolution dans le monde industriel. Cette technologie présente de nombreux atouts et permet de lever beaucoup de limites imposées par les techniques classiques de production. À titre illustratif, la réalisation rapide de prototypes complexes devient envisageable et le coût de fabrication des pièces partiellement indépendant de la complexité géométrique. Actuellement, les fournisseurs de machines travaillent à augmenter les volumes disponibles pour la production des pièces et la productivité associée, ce qui conduira à une industrialisation du procédé.

Néanmoins, cette technologie possède un défaut potentiellement rédhibitoire, à savoir la rugosité élevée des pièces en sortie machine. Cette rugosité importante est une conséquence directe de la granulométrie des poudres utilisées, du comportement thermique du procédé ou encore des supports nécessaires à la construction des pièces. Des stratégies adaptées de gestion de la puissance du laser et de mise en place des supports permettent de tempérer ces défauts. Malgré cela, à leur sortie de la machine, les pièces possèdent des propriétés de surface bien souvent incompatibles avec leur utilisation finale. L’usinage de la pièce entière pourrait constituer une solution à ce problème, mais il rentre en contradiction avec l’essence même de la méthode de fabrication, notamment en termes d’accessibilité.

Les impacts majeurs de ces défauts de surface concernent tant les propriétés mécaniques, telle la fatigue, que les post-traitements de surface nécessaires à leur application finale. Ces défauts deviennent dès lors un frein au développement des technologies additives et un éventuel élément bloquant pour certaines applications. L’amélioration de la rugosité des pièces métalliques issues de la fabrication additive constitue donc un challenge pour lequel des techniques de traitement de surface adaptées doivent être mises au point et utilisées.

Cet article traite de l’ensemble des méthodes soustractives qui peuvent être mises en œuvre afin d’améliorer les propriétés de surface obtenue après fabrication additive. Les traitements mécaniques et électrochimiques sont abordés, de même que les procédés commerciaux d’ores et déjà disponibles sur le marché.

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KEYWORDS

additive manufacturing   |   polishing   |   surface finishing   |   roughness

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7960


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4. Perspectives

La finition de surface est une thématique de plus en plus régulièrement prise en compte dans la chaîne de valeur de la fabrication additive. Ceci résulte principalement de l’effet de la rugosité sur les propriétés mécaniques finales de la pièce, mais également de son impact sur la propreté de surface et la compatibilité avec les traitements de surface ultérieurs.

Les fabricants de machines de fabrication additive sont conscients de ces défauts. Ils travaillent donc à améliorer les techniques de fabrication afin d’améliorer le fini de surface des pièces en sortie machine. Ceci dit, il est peu probable que l’on puisse à terme se passer complètement de finition de surface.

Pour cela, des traitements soustractifs classiques peuvent être appliqués. Cependant, parmi les techniques listées dans le tableau 4, aucune méthode ne peut, seule, traiter parfaitement l’ensemble des caractéristiques des pièces rencontrées lors de la fabrication additive. Il est dès lors utile de penser à utiliser ces techniques de manière complémentaire ou d’en mettre au point des nouvelles.

Les fabricants de machines automatisées ont bien cerné cette problématique et plusieurs procédés commerciaux prometteurs sont commercialisés ou en phase de commercialisation. Ceux-ci pourraient permettre de passer outre les limitations induites par les propriétés de surface des pièces issues de la fabrication additive.

Enfin, les fabricants de machines eux-mêmes ont également compris qu’une machine seule peut difficilement résoudre tous les problèmes de surface et donc faire face à la demande du client. C’est pourquoi certains d’entre eux (Extrude Hone et BinC) proposent un service complémentaire utilisant leurs deux savoir-faire pour proposer un produit (Finish3D) qui permet virtuellement de répondre à l’ensemble de la demande.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NUTAL (N.) et al -   Surface engineering for parts made by additive manufacturing.  -  In IAC (2015).

  • (2) - LI (R.), LIU (J.), SHI (Y.), WANG (L.), JIANG (W.) -   Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process.  -  Int. J. Adv. Manuf. Technol.59, 1025-1035 (2012).

  • (3) - LI (P.), WARNER (D.H.), FATEMI (A.), PHAN (N.) -   Critical assessment of the fatigue performance of additively manufactured Ti-6Al-4V and perspective for future research.  -  Int. J. Fatigue85, 130-143 (2016).

  • (4) - NUTAL (N.) et al -   Post processing of metal parts made by additive manufacturing.  -  In Metal Additive Manufacturing Conference (2018).

  • (5) - UZAN (N.E.), RAMATI (S.), SHNECK (R.), FRAGE (N.), YEHESKEL (O.) -   On the effect of shot-peening on fatigue resistance of AlSi10Mg specimens fabricated by additive manufacturing using selective laser melting (AM-SLM).  -  Addit. Manuf.21, 458-464 (2018).

  • ...

NORMES

  • Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : méthode du profil – Règles et procédures pour l’évaluation de l’état de surface. - NF EN ISO 4288 - mars 1998

1 Annuaire

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1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Fournisseurs de machines de finition de surface dédiées

Hirtenberger

https://www.hirtenberger.com/en/

GPA Innova

https://www.gpainnova.com/

Extrudehone

https://extrudehone.com/

Volckening

http://www.volckening.com/

ATL

https://www.atl-luhden.de

Fournisseurs de machines de tribofinition

Rosler

https://rosler.com

ACF

https://acf-france.com

ABC Swisstech

https://www.abcswisstech.com/

Remchem

https://www.remchem.com/

Fournisseurs d’équipement de polissage laser

Trumpf

https://www.trumpf.com

Institut de maupertuis

https://www.institutmaupertuis.fr

Fournisseurs de consommables pour polissage chimique/électrochimique

Poligrat

https://www.poligrat.fr

Henkel

https://www.henkel.be...

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