Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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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
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Résumé et évaluation des méthodes de finition de surface
En anglais
2. Traitements de surface soustractifs
Dans cet article, les traitements de surface soustractifs sont arbitrairement classés en 4 catégories détaillées ci-dessous. Dans ces catégories, seules les techniques de finition de surface compatibles avec les géométriques complexes des pièces issues de fabrication additive sont abordées. De ce fait, des méthodes de finition de surface habituellement rencontrées dans l’industrie métallique telles le rodage ou la rectification ne sont pas abordées.
2.1 Nettoyage et préparation de surface
Les techniques de nettoyage ne constituent pas à proprement parler des techniques d’enlèvement matière par polissage. Néanmoins, il est utile de décrire les quelques techniques disponibles étant donné que celles-ci permettent d’éliminer une partie des particules non adhérentes, mais également de nettoyer les pièces après traitement de surface :
1) aspiration : la manière la plus classique de nettoyer les pièces issues de fabrication additive consiste à aspirer les particules mobiles. Ceci peut également être appliqué aux zones creuses et aux canaux. Néanmoins, l’efficacité reste limitée pour détacher des particules adhérentes ;
2) soufflage : utiliser un gaz comprimé pour enlever les particules non adhérentes constitue la voie parallèle à l’aspiration. Ici, l’idée est de chasser les particules non adhérentes par un flux de gaz comprimé (par exemple l’air ou d’azote). L’efficacité de nettoyage reste fort limitée ;
3) vibration : l’utilisation d’ultrasons permet de détacher des particules faiblement adhérentes présentes en surface de la pièce. L’accessibilité de cette technique est relativement élevée et des additifs peuvent être ajoutés à la solution pour améliorer son efficacité. Le problème principal de cette technique est le fait que, si celle-ci est réalisée en solution aqueuse, de l’humidité peut être introduite dans l’échantillon. Par ailleurs, les additifs utilisés peuvent mener à une contamination de surface ;
4) décapage par carboglace : cette technique est la plus efficace des techniques de nettoyage, même si son accessibilité reste limitée. Ici, le nettoyage s’effectue en projetant de la carboglace (CO2 solide) à la surface de la pièce....
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Traitements de surface soustractifs
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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Fournisseurs de machines de finition de surface dédiées
Hirtenberger
https://www.hirtenberger.com/en/
GPA Innova
Extrudehone
Volckening
ATL
Fournisseurs de machines de tribofinition
Rosler
ACF
ABC Swisstech
Remchem
Fournisseurs d’équipement de polissage laser
Trumpf
Institut de maupertuis
https://www.institutmaupertuis.fr
Fournisseurs de consommables pour polissage chimique/électrochimique
Poligrat
Henkel
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