SLM Solutions , leader dans le développement des dernières technologies d'impression 3D avec des métaux, a réalisé un projet de fabrication de produits en titane pour l'aéronautique d'une taille de 31 x 22,2 et d'un diamètre de 21,9 cm.
Aujourd'hui, il s'agit de la plus grande partie fabriquée sur une installation additive SLM 280 avec deux lasers de 400 watts. C'est cette machine qui a permis d'imprimer un produit de cette taille en un temps relativement court par rapport à la technologie de fabrication traditionnelle.
La taille standard de la plate-forme de construction des imprimantes 3D de cette classe est de 250 mm x 250 mm. Cependant, le SLM 280 possède une plate-forme élargie mesurant 280 mm x 280 mm, ce qui permet d'imprimer des produits plus gros.
Grâce aux développements dans le domaine de l'impression 3D avec des métaux utilisant
la technologie de
fusion laser sélective (y compris le titane) pour les besoins de l'industrie aérospatiale, en tenant compte de la haute résistance et du faible poids de ce métal, SLM Solutions est devenue l'une des principales entreprises exécutant des commandes pour les OEM. SLM Solutions a réussi à surmonter les limitations liées à la taille de la chambre de construction et aux autres difficultés rencontrées dans la fabrication de gros produits en titane, et continue d'améliorer sa technologie dans ce domaine.
Processus d'impression 3D de poudre de titaneComme l'explique Mike Hansen, ingénieur d'implémentation de SLM Solutions en Amérique du Nord, les progrès de
l'impression 3D avec du titane sont particulièrement importants: le titane est un métal très dur et fissuré en raison de contraintes résiduelles élevées, qui est devenu un problème sérieux. «La géométrie de la pièce n'était pas particulièrement compliquée, mais la difficulté résidait dans l'utilisation d'une telle technologie additive pour fabriquer un produit aussi volumineux en titane», a noté l'ingénieur.
Le système SLM Solutions développé et breveté, composé de deux lasers, a aidé à résoudre ce problème. Le traitement simultané du produit dans la zone de chevauchement par deux lasers a permis non seulement d'accélérer le processus d'impression, mais également de fabriquer un produit plus grand. SLM Solutions a testé le matériau dans la zone de chevauchement, ce qui a confirmé qu'il n'y avait pas de différence dans la qualité du matériau entre les zones imprimées par un laser et les zones de la zone de chevauchement que les deux lasers appliquaient alternativement. Les ingénieurs de SLM Solutions ont effectué plusieurs itérations pour préparer le fichier et imprimer plusieurs échantillons de test pour s'assurer que la tâche était terminée. Le client avait besoin d'une méthode de fabrication de ce produit, qui permettrait d'économiser des coûts et du temps, ainsi que de
réduire le poids .
«Ce produit se distingue par sa taille et le fait qu'il a été fabriqué en titane en six jours et demi sans interruption du processus d'impression», explique Hansen. «Le fait que l'imprimante 3D SLM soit capable de fonctionner aussi longtemps sans nécessiter de nettoyage ou d'autre maintenance est extrêmement important en soi.»
Bien que la technologie d'impression 3D attire généralement l'attention par sa capacité à reproduire une géométrie unique, ce produit pour l'industrie aérospatiale n'était pas particulièrement difficile de ce point de vue. Cependant, il ne serait guère possible d'obtenir une pièce en titane de cette taille en si peu de temps en utilisant la technologie d'usinage traditionnelle.
Le processus de fabrication par usinage traditionnel prendrait plusieurs semaines
«
La technologie de fabrication additive n'est pas liée par les limites des machines-outils et outils traditionnels, nous pouvons donc créer plus de formes organiques et le cycle complet de conception et de développement de produits critiques pour l'industrie aérospatiale est considérablement réduit», a expliqué Hansen.
Richard Grylls, MD en métallurgie, chef de la mise en œuvre et directeur technique de SLM Solutions North America, a déclaré: «Compte tenu de la taille du produit, le processus de fabrication utilisant l'usinage traditionnel prendrait plusieurs semaines; cependant, quatre ou cinq réajustements seraient nécessaires. En d'autres termes, ce serait un processus très coûteux. Il faudrait encore plus de temps pour fabriquer un produit en
utilisant la technologie de moulage , car cela nécessiterait de l'équipement, et le processus de fabrication pourrait prendre jusqu'à six mois. De plus, les équipements traditionnels ont un coût élevé. Nous avons terminé la tâche beaucoup plus rapidement, même si le coût du produit était plus élevé. Cependant, compte tenu du gain de temps, ces coûts sont justifiés pour un produit critique de cette taille. »
Palette de turbine imprimée sur l'unité additive SLM 280HLSLM Solutions a obtenu des résultats impressionnants en termes de
vitesse de
production, de qualité et de densité du produit final. Hansen a noté que «répondre à des exigences de qualité et à des spécifications techniques strictes pour les matériaux lors de l'utilisation du titane dans des industries étroitement réglementées telles que les industries aérospatiale et automobile nécessite de nombreux tests de matériaux et une optimisation des paramètres pour garantir que le client reçoit exactement ce dont il a besoin ".
Les exigences de contrôle de la qualité dans l'
industrie aérospatiale sont assez étendues: pour vérifier le produit pour les vides ou la porosité, en règle générale, une méthode de test non destructif telle que la tomodensitométrie est utilisée, mais le client peut choisir un test destructif et couper le produit. «Nous avons d'abord effectué des tests non destructifs du produit, puis nous l'avons testé dans des conditions proches de la réalité, en installant le produit sur le moteur et en travaillant sur la ressource avant la panne», explique Hansen.
Avec le développement de la technologie de fabrication additive, SLM Solutions connaît une demande croissante pour ses solutions. Cependant, les matériaux et les processus de fabrication sont améliorés si rapidement que les normes ne suivent pas leur rythme. «Nous sommes de plus en plus sollicités par des entreprises qui utilisent des technologies traditionnelles, mais nous nous efforçons d'augmenter la vitesse de production tout en maintenant la qualité et souhaitons profiter de la fabrication additive», a ajouté Hansen. «Cette industrie change littéralement chaque jour et se développe très rapidement, mais nous constatons un écart entre le rythme de développement des technologies de fabrication additive et la capacité de certaines industries, en particulier l'aérospatiale et l'automobile, à certifier tout aussi rapidement de nouveaux matériaux et technologies.»
Dimensions du produit: 31 x 22,2 cm, diamètre 21,9 cm
Matériel: Ti64
Durée d'impression: 6,5 jours
Installation additive: SLM 280 avec deux lasers 400 W