Traitement thermique pour pièces de fabrication additive 3D

Actuellement, deux techniques principales sont utilisées dans la fabrication additive de pièces métalliques 3D. Celles-ci prennent du temps mais sont remarquables pour créer des pièces complexes ou ‘impossibles’ qui ne peuvent pas être créées en utilisant des méthodes traditionnelles de moulage ou d'usinage. Cela a déjà abouti à la création d'une multitude de pièces prototypes ainsi que d'innombrables ‘pièces impossibles’ pour les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile, de l'outillage et du médical.

La fabrication par faisceaux d'électrons (EBM)
dans une chambre à vide ne nécessite pas de traitement thermique des pièces fabriquées. Les poudres ou fils métalliques (comme le Titane, Ti-6AI-4V, CoCr, Inconel 718 et Inconel 625) sont soudés en couches successives en utilisant un faisceau d'électrons comme source de chaleur dans un process aboutissant à des composants métalliques denses. Le procédé évite l'oxydation du matériau car il se déroule dans le vide.

Le frittage laser de métal (DMLS) utilise un laser dans une atmosphère pure d'Argon inerte. Le process est piloté numériquement, directement à partir des données CAO 3D. Pour chaque tranche de données CAO, une mince couche de fine poudre métallique tamisée (alliage de titane Ti6Al4V, chrome cobalt, acier inoxydable, alliages de nickel Inconel 625 et Inconel 718 et alliage d'aluminium AlSi10Mg) est déposée sur la plaque de construction avant que les zones sélectionnées de la poudre soient précisément fondues par le laser. Ce process est répété, couche par couche, jusqu'à ce que la construction soit terminée.

Le DMLS peut être utilisée pour de très petites pièces et caractéristiques et il peut reproduire des géométries impossibles à usiner telles que des espaces fermés. Les couches peuvent être aussi fines que 20 microns et les tolérances sur les petites caractéristiques peuvent être aussi petites que ± 50 microns.

Actuellement, les taux de construction pour les composants utilisant un process DMLS sont lents. Les coûts sont également élevés car les poudres métalliques brutes doivent être produites en utilisant un broyeur à billes, puis tamisées et testées avant utilisation. Les machines DMLS actuelles nécessitent évidemment un investissement substantiel pour le moment. Toutefois, si la pièce requise a des dimensions inférieures à 250mm x 250mm x 350mm, le procédé pourrait parfaitement convenir à ceux qui ont besoin de prototypage rapide ou de petites pièces complexes ou ‘impossibles’ qui peuvent ensuite être percées, rainées, fraisées ou alésées. Elles peuvent également être enduites de poudre, peintes, polies ou anodisées.

Le marché de la fabrication additive 3D se développe rapidement. Les Journaux, sites Web et salons professionnels ont fleuri, les durées de fabrication ont diminué, la taille des pièces a augmenté, les poudres sont devenues plus disponibles et les composants fabriqués pour les secteurs aéronautique, médical, de l'outillage et de l'automobile, de cette manière, ont obtenu l'approbation des normes en quantités croissantes.

Traitement thermique des pièces de fabrication additive 3D, utilisant un four Carbolite Gero

Le procédé de frittage laser de métal nécessite une solution de traitement thermique avec une uniformité de température précise. Cela garantit que les pièces fabriquées adhèrent aux propriétés métallurgiques appropriées de l'alliage métallique sélectionné.

L'étape de traitement thermique se déroule dans une atmosphère inerte (typiquement l'argon) pour assurer que la pièce frittée ne soit pas contaminée par des molécules d'oxygène qui peuvent altérer les propriétés chimiques et physiques (porosité) du composant final. Ce processus inerte doit être reproductible avec un débit de gaz bien mesuré et surveillé pour obtenir une classification AMS 2750E spécifiée par le client. En fait, dans un exemple spécifique tout au long du processus de fabrication, l'atmosphère est maintenue à <1000 ppm (0,1%) d'oxygène qui peut être réduite à 100ppm (0,01%) d'oxygène si un métal réactif tel que le titane est utilisé.

Les fours à chambre standards de CARBOLITE GERO avec instrumentation de type B répondent aux exigences de la norme AMS 2750E Class 1 lorsqu'ils sont utilisés avec un moufle Inconel ou Haynes 230. Différentes tailles sont disponibles (four de laboratoire CWF 13/65 ou four industriel GPC 13/131, 13/200, 13/300, 13/350 & 13/405) avec des capacités pour 1 à 4 plaques de construction qui sont idéales pour la fabrication additive DMLS.

Le four à moufle récent GPC 13/300 avec un volume utile de 400 mm x 400 mm x 350 mm, une commande automatique marche/arrêt du gaz à l'aide d'un régulateur Eurotherm 3508 et d'un enregistreur de données 6180 XIO. Le débit des gaz Argon/Azote et les traces d'oxygène dans l'atmosphère modifiée du moufle sont constamment surveillés. La gamme CARBOLITE GERO GPC a un chauffage sous la sole, par le haut, et les côtés pour améliorer l'uniformité de la température à l'intérieur du moufle où se trouvent les thermocouples de température. Une configuration type cascade avec un thermocouple sur charge, permet des temps de chauffe plus courts, ce qui peut réduire considérablement les temps de cycle du client lorsqu'il est utilisé avec un refroidissement forcé en option.

Pour raccourcir davantage les temps de cycle, le four 13/300 dispose d'une porte pivotante qui se verrouille automatiquement à une température donnée, facilitant l'accès au chargement/déchargement avec un joint de porte en caoutchouc silicone refroidi par l’eau qui maintient une atmosphère modifiée à l'intérieur de la chambre pendant tout le traitement thermique.

Four à moufle GPCMA/174

En conclusion

CARBOLITE GERO a intentionnellement conçu sa gamme GPC avec des moufles pour la fabrication additive 3D aux spécifications les plus élevées. Ils évitent les problèmes fréquemment rencontrés avec les fours d'autres fabricants.

Les problèmes les plus fréquemment rapportés par les utilisateurs avec d'autres fours sont leur incapacité à maintenir une atmosphère inerte, leur consommation de gaz importante et donc coûteuse ou le besoin d'équipements supplémentaires pour enlever le moufle lors du chargement/déchargement des pièces. CARBOLITE GERO a surmonté tous ces problèmes afin de minimiser les coûts d'exploitation quotidiens pour nos clients ; l'oxydation indésirable est éliminée, et l'uniformité de la température est “best in class”. Plus important encore, les temps de cycle de production sont considérablement réduits grâce à la chauffe sur quatre côtés, à une option de refroidissement forcé et à un chargement/déchargement facile grâce à notre porte pivotante unique équipée d’un joint silicone refroidie à l'eau.

Pour mieux démontrer nos capacités, CARBOLITE GERO propose désormais des essais clients pour toute société souhaitant valider un procédé de traitement thermique pour leurs composants DMLS. Ce test payant est facturé à seulement 950 € par pièce et il est entièrement remboursable en passant une commande pour un CWF 13/65 ou un GPC 13/300 spécifié pour une classification AMS 2750E.

Pour plus d'informations ou pour discuter du traitement thermique pour vos pièces spécifiques DMLS, veuillez contacter Stéphane Grassi-Costa au 06.87.33.31.87.

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