Bibliographie & annexes
Présentation
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1706 (A57-220) du 22/04/2020 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1706+A1 d'août 2021 : Aluminium et alliages d'aluminium - Pièces moulées - Composition chimique et propriétés mécaniques
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).
La norme NF EN 1706 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1706 (A57-220) : Aluminium et alliages d'aluminium - Pièces moulées - Composition
chimique et propriétés mécaniques (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2004 (Mai 2020).
RÉSUMÉ
La fusion laser sélective de lit de poudres métalliques est une technique de fabrication additive qui permet la réalisation de pièces complexes jusqu'à de moyennes séries pour des secteurs industriels variés comme l’industrie médicale ou l’aérospatiale. Afin de tirer le meilleur parti de cette technologie, il est nécessaire de l’intégrer dans une chaîne de valeur complète allant de la conception aux post-traitements. Cet article traite de cette chaine de valeur. Après une décennie d’existence commerciale, cette technologie évolue vers un cadre normatif en cours de construction au niveau mondial.
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Selective laser melting of a metal powder bed is an additive manufacturing technique that allows the production of complex parts up to medium runs for various industries such as medical or aerospace. To make the most of this technology, it has to be integrated into a complete value chain from upstream design conception to downstream post- treatment. This article deals with this complete value chain. After nearly a decade of commercial life, this technology is evolving toward a standard framework that is under construction worldwide.
Auteur(s)
-
Sébastien PILLOT : Ingénieur R&D - CETIM-CERTEC, Bourges, France
INTRODUCTION
Apparue vers la fin des années 1990, la fusion laser sélective sur lit de poudres métalliques (Selective Laser Melting – SLM) est une technique de fabrication par ajout de matière couche par couche, dite itérative, de la famille des procédés de fabrication additive. Elle apporte des solutions innovantes pour la fabrication directe avec la matière adéquate de pièces mécaniques. C'est un procédé destiné à fabriquer des pièces complexes à forte valeur ajoutée à partir d'un fichier CAO (Conception Assistée par Ordinateur) dans de courts délais et sans outillage.
Les domaines d'applications de cette technologie concernent plusieurs secteurs industriels, principalement les industries dentaire, médicale, du moule d'injection de polymères, aéronautique, spatiale, de l'armement, mais aussi le luxe. Elle peut être utilisée comme moyen de prototypage rapide mais surtout comme moyen de production de pièces en petites ou moyennes séries. Dans ce cas, nous parlerons alors de fabrication directe.
Les principaux avantages de cette technologie sont la réduction des délais et des outillages, l'allégement, la personnalisation, la réalisation de canaux de régulation thermique internes dits conformes et la diminution du nombre d'éléments d'un assemblage par la réalisation de pièces de géométries irréalisables avec des procédés conventionnels.
Cet article sur la fusion laser traite de la chaîne de valeur, depuis la conception jusqu'aux post-traitements, nécessaires pour assurer un bon niveau de qualité pour ces différents secteurs industriels.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
fusion laser sélective dentaire médical aéronautique aérospatial outillage d'injection matériaux et conception adaptée
KEYWORDS
selective laser melting | dentistry | medicine | aeronautics | aerospace | injection tooling | material and adapted design
DOI (Digital Object Identifier)
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Paramètres influents du procédé4. Supports de fabrication
Lors d'une fabrication, la température de l'enceinte étant très loin du point de fusion de la poudre, à l'inverse du frittage laser sur lit de poudres polymères, les retraits matière sont importants. Donc, si les premières couches fabriquées par laser d'une pièce ne sont pas solidement bridées au plateau de fabrication par des supports, elles s'incurvent. De plus, si les supports ne sont pas assez nombreux ou robustes, la fabrication peut se « crasher ». Le système de mise en couche peut alors se retrouver bloqué par une partie de la pièce en cours d'édification qui se soulève (figure 9). Dans ce cas, il faut relancer la fabrication depuis le début en prenant soin de prévoir des supports plus robustes ou plus nombreux. La figure 9 met en évidence ce phénomène d'incurvation lors d'une fabrication . Les supports utilisés dans ce cas n'étaient pas assez robustes pour compenser les contraintes mécaniques engendrées par le retrait de la matière. La surface du support en contact avec le plateau de fabrication ou la pièce n'était pas assez importante.
Selon le type de matériau mis en œuvre, toutes les surfaces en contre-dépouille qui présentent un angle par rapport au plan XY (horizontal) inférieur à un certain angle limite détaillé dans le tableau 2 doivent être supportées.
Des logiciels spécifiques permettent de mettre en place les supports nécessaires avec des géométries adaptées pour limiter au maximum leur impact sur la pièce à construire (figure 10).
Les supports sont bien évidemment dans la même matière que les pièces construites. Pour récupérer les pièces, il faut ensuite les enlever par des moyens dits conventionnels. Les étapes de fabrication et d'enlèvement des supports, peuvent représenter une proportion non négligeable du coût d'une pièce. Dans le cas de l'utilisation de la fusion laser comme moyen de production, et non comme moyen de prototypage rapide, il est donc primordial d'adapter la conception des pièces pour ce procédé, au même...
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Supports de fabrication
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AYRE (M.) - DMLS design guide V4. - http://prezi.com/qgiujvngqxj0/ copy-of-dmls-design-guide-v4/
-
(2) - MANFREDI (D.), CALIGNANO (F.), KRISHNAN (M.), CANALI (R.), AMBROSIO (E.P.), ATZENI (E.) - From powders to dense metal parts : characterization of a commercial AlSiMg alloy processed through direct metal laser sintering. - Material 2013, 6, p. 856-869 (2013).
-
(3) - BUCHBINDER (D.), SCHLEIFENBAUM (H.), HEIDRICH (S.), MEINERS (W.), BÜLTMANN (J.) - High Power Selective Laser Melting (HP SLM) of Aluminum Parts - (2011).
-
(4) - KEMPEN (K.), THIJS (L.), YASA (E.), BADROSSAMAY (M.), VERHEECKE (W.), KRUTH (J.-P.) - Microstructural analysis and process optimization for selective laser melting of AlSi10Mg. - International Solid Freeform Fabrication Symposium (2011).
-
(5) - BRANDL (E.), HECKENBERGER (U.), HOLZINGER (V.), BUCHBINDER (D.) - Additive manufactured AlSi10Mg samples using selective laser melting (SLM) : microstructure, high cycle fatigue, and fracture behavior - (2011).
-
...
NORMES
-
Standard specification for additive manufacturing Titanium-6 Aluminium-4 Vanadium with powder bed fusion - ASTM F2924-12 - 2012
-
Implants chirurgicaux – Produits à base de métaux. Partie 3 : Alliage à forger à base de titane, d'aluminium 6 et de vanadium 4 - ISO 5832-3 - 1996
-
Aluminium et alliages d'aluminium. Pièces moulées. Composition chimique et caractéristiques mécaniques - NF EN 1706 - 05-10
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Constructeurs de machines de fusion laser
3D SYSTEMS (ex PHENIX SYSTEMS) http://www.phenix-systems.com/
CONCEPT LASER http://www.concept-laser.de/
REALIZER http://www.realizer.com/
RENISHAW http://www.renishaw.fr/
SLM SOLUTIONS http://www.stage.slm-solutions.com/
Fournisseur de logiciels
MATERIALISE http://www.materialise.com
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