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RÉSUMÉ
Utilisée dans la fabrication de moules d'injection de polymères, la fabrication additive métallique 3D permet de réaliser des inserts qui améliorent le rendement du refroidissement de la pièce injectée. En rendant possible la fabrication d'un réseau complexe de canaux de refroidissement situés au plus près de la surface moulante, cette technologie matérialise le concept dit de refroidissement conforme. Cet article détaille les différentes étapes de la conception-réalisation d'une telle pièce, la clé de l'optimisation étant la prise en compte de toutes les particularités de chaque étape du procédé ; il s'appuie sur des exemples industriels réels pour illustrer l'efficience de cette approche.
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When used to manufacture injection molding tools parts or inserts, additive metal manufacturing enables the creation, within the insert core, of complex cooling channels that closely map the mold cavity surface, allowing for an optimized cooling rate of the injected plastic part. This leads to an embodiment of the so called “Conformal Cooling” concept. This article reviews the different steps one has to go through when designing the machining process, and details how each step has to be calibrated to match the final cooling optimization goal with the specific additive 3D manufacturing features. The conformal cooling advantages are demonstrated through real industrial case studies.
Auteur(s)
-
Stéphane GARABEDIAN : Chef de projet fabrication additive - Centre technique industriel de la plasturgie et des composites (CT-IPC), Oyonnax, France
-
Thomas JOFFRE : Responsable programme fabrication additive/usine du futur - Centre technique industriel de la plasturgie et des composites (CT-IPC), Oyonnax, France
INTRODUCTION
Les procédés de fabrication additive métallique offrent une liberté de conception et de réalisation plus importante qu’avec les procédés traditionnels, ce qui permet de fabriquer des pièces de formes très complexes, avec des gains de poids déterminants pour certaines applications, par exemple dans les secteurs aéronautique et médical. Toutefois, leur intérêt ne s'arrête pas à ces seules applications : la fabrication additive métallique peut être avantageusement utilisée dans la réalisation d'outillages – ou de parties d'outillages – de moules d’injection de polymères : les empreintes ou les inserts. L’intérêt de réaliser une empreinte de moule d’injection en fabrication additive métal ne réside pas dans la réalisation de surfaces moulantes : n’étant pas assez précises, toutes les surfaces en contact avec la pièce injectée en matière plastique devront être reprises en usinage. Le point clé qui a permis à l’impression 3D de s’imposer dans le secteur de l’outillage est la création des canaux de refroidissement complexes à l’intérieur du moule. On parle de Conformal Cooling ou de refroidissement conforme : les canaux permettent de se rapprocher au mieux de la surface moulante et donc d’optimiser et homogénéiser le refroidissement de la pièce plastique injectée dans le moule. L’optimisation du refroidissement permet de réduire le temps de cycle de l’injection et donc d’augmenter la productivité d’un moule. L’homogénéisation permet quant à elle d’obtenir une meilleure qualité de pièce et ainsi d’éviter certains défauts d’injection comme les lignes de soudure, les retassures ou la déformation de la pièce au démoulage.
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KEYWORDS
power bed fusion | cooling channels | mold cavity surface | maraging steel
DOI (Digital Object Identifier)
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Accueil > Ressources documentaires > Matériaux > Plastiques et composites > Finitions des plastiques - Fabrication additive des polymères > Fabrication additive - Optimisation par refroidissement conforme des moules d'injection > Perspectives de la fabrication additive dans l’outillage
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Conclusion3. Perspectives de la fabrication additive dans l’outillage
3.1 Optimisation topologique
Les procédés de fabrication additive offrent la possibilité d’évider les pièces afin de réduire la masse. Des lattices (ou structures treillis) sont très souvent rajoutées dans les zones évidées afin de servir de support aux parois en surplomb lors de la fabrication de la pièce. Pour une presse d’injection, la masse d’un insert de moule d’injection est négligeable par rapport au poids de la carcasse du moule. L’intérêt de l’évidement d’une pièce à l’aide d’une méthode d’optimisation topologique ne réside donc pas dans le gain de masse comme cela est le cas pour l’aéronautique. Cependant, la réduction du volume de matière à fusionner permet deux choses :
-
la réduction du temps de fabrication nécessaire à la réalisation de l’outil et la réduction de la quantité de matière consommée ;
-
la réduction des contraintes résiduelles à l’intérieur du moule.
Aujourd’hui, l’état de la technologie ne permet pas de justifier le premier point : le gain de temps de fabrication ne permet pas de compenser le temps nécessaire à une optimisation topologique, à la reconception des formes obtenues, à l’ajout de lattices ou de supports à l’intérieur de la pièce. C’est donc le second point qui est la raison principale de l’intérêt de l’optimisation topologique pour l’outillage d’injection : l’évidement de la pièce réduit les épaisseurs de parois et par conséquence l’impact des contraintes résiduelles issues de la fusion de la poudre . Un moule évidé aura donc moins de risque de déformation qu’un moule plein. L’évidement permet aussi d’augmenter la taille des pièces fusionnées : la pièce présentée à la figure 17 mesure environ 130 x 130 mm....
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Perspectives de la fabrication additive dans l’outillage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AGAZZI (A.), SOBOTKA (V.), LE GOFF (R.), GARCIA (D.), JARNY (Y.) - A methodology for the design of effective cooling system in injection moulding. - International journal of material forming, 3(1), p. 13-16 (2010).
-
(2) - YIN (S.), CHEN (C.), YAN (X.), FENG (X.), JENKINS (R.), O'REILLY (P.), LUPOI (R.) - The influence of aging temperature and aging time on the mechanical and tribological properties of selective laser melted maraging 18Ni-300 steel. - Additive Manufacturing, 22, p. 592-600 (2018).
-
(3) - HAN (S.), SALVATORE (F.), RECH (J.), BAJOLET (J.) - Abrasive flow machining (AFM) finishing of conformal cooling channels created by selective laser melting (SLM). - Precision Engineering, 64, p. 20-23 (2020).
-
(4) - GALANTUCCI (L.M.), DASSISTI (M.), LAVECCHIA (F.), PERCOCO (G.) - Improvement of fused deposition modelled surfaces through milling and physical vapor deposition. - In 1st Workshop on the State of the Art and Challenges of Research Efforts at POLIBA, vol. 1, p. 87-92 (2014).
-
(5) - Van BELLE (L.), VANSTEENKISTE (G.), BOYER (J.C.) - Investigation...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs de machines de fusion laser (liste non exhaustive)
3D Systems (ex Phenix Systems)
http://www.phenix-systems.com/
Addup
https://www.addupsolutions.com/
Concept Laser
EOS
Renishaw
SLM Solutions
http://www.stage.slm-solutions.com/
HAUT DE PAGE1.2 Fournisseur matériaux pour outillage (liste non exhaustive)
VBN
HAUT DE PAGE
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