Comment l'impression 3D peut-elle profiter à la fonte des métaux ? Voici 3 façons

La fonte des métaux est peut-être l'une des plus anciennes méthodes de fabrication utilisées pour créer des pièces métalliques, mais c'est aussi un autre secteur qui peut bénéficier de l'impression 3D.

Avec les coûts élevés impliqués dans la production d'aides à l'outillage comme les moules, les noyaux et les modèles, l'impression 3D s'avère déjà être une alternative intéressante à la production conventionnelle d'outillage pour les processus de coulée des métaux. Les fonderies adoptent donc de plus en plus l'impression 3D dans leurs flux de travail afin de rester compétitives.

Surmonter les limitations existantes

Les fonderies s'appuient sur plusieurs procédés de moulage des métaux, le moulage sous pression, le moulage au sable et le moulage de précision étant les plus couramment utilisés. Cependant, bien que le moulage des métaux soit une méthode de fabrication éprouvée, il existe encore certaines limitations, notamment :

• Coûts élevés : Créer des outils de moulage peut être incroyablement coûteux. Cela signifie que pour les petites et moyennes séries, les coûts d'outillage élevés ne peuvent souvent pas être facilement amortis.

• À forte intensité de main-d'œuvre : Étant donné que les outils sont généralement produits manuellement, le processus à forte intensité de main-d'œuvre peut facilement entraîner de longs délais pouvant aller jusqu'à plusieurs mois.

Pour surmonter ces défis et conserver un avantage concurrentiel, les fonderies doivent rechercher des moyens innovants de produire des outillages pour le moulage des métaux, c'est là que l'impression 3D entre en jeu.

Comment l'impression 3D peut profiter aux fonderies et aux entreprises de modélisme

Bien que l'impression 3D ne marque en aucun cas la fin des méthodes de fonderie traditionnelles, la technologie peut aider à contourner les aspects coûteux et chronophages de la création de modèles, de noyaux et de moules, permettant une plus grande flexibilité et une meilleure rentabilité pour les volume, moulages et prototypes très complexes.

Voici quelques exemples d'intégration de l'impression 3D dans le processus de moulage conventionnel :

#1 Produire des matrices imprimées en 3D

Datant du 19ème siècle, le moulage sous pression fait référence au processus de coulée de métaux en fusion sous haute pression dans des cavités de moules pour produire des pièces métalliques.

L'un des principaux défis de la coulée sous pression est la conception de canaux de refroidissement, qui sont utilisés pour empêcher la surchauffe de la matrice et contrôler le processus de solidification de la coulée.

Avec les méthodes de production conventionnelles, ces canaux sont généralement usinés en ligne droite, ce qui entraîne un processus de refroidissement plus lent et non uniforme. En conséquence, l'outil peut se déformer et sa durée de vie sera considérablement réduite. De plus, la dissipation thermique partiellement déficiente entraîne de longs temps de refroidissement pour les produits fabriqués.

Cependant, ces limitations ne s'appliquent pas à l'impression 3D. Avec des techniques d'impression 3D métalliques telles que DMLS ou SLM, les outilleurs peuvent intégrer des canaux de refroidissement de toute complexité dans la conception d'une matrice.

L'impression 3D pour le moulage sous pression présente donc un certain nombre d'avantages, notamment :

• Flexibilité de conception, par ex. géométries complexes, structures internes et cavités
• Un processus de refroidissement plus rapide et plus uniforme
• La durée de vie prolongée d'un outil
• Performances améliorées

#2 Envisagez l'impression 3D pour les modèles de moulage de précision

Le moulage à la cire perdue utilise des modèles de cire jetables et des coques en céramique pour créer des conceptions de pièces complexes et détaillées. Traditionnellement, ces motifs sont moulés par injection. Cependant, le coût des moules d'injection peut varier de 3 000 $ à 30,00 $, avec des délais de livraison d'une à quatre semaines. Cela rend la création d'un moule économiquement non viable pour la production de petites séries ou de produits uniques.

Pour cette raison, les entreprises de fonderie et de modélisme peuvent choisir d'imprimer des modèles en 3D dans un matériau adapté à la coulée de précision. Par exemple, la stéréolithographie peut être utilisée pour créer des motifs à l'aide d'un laser UV qui durcit de fines couches de résine.

L'utilisation de l'impression 3D pour le moulage de précision peut aider à :

• Réduire les délais de quelques semaines à quelques jours
• Élimine les coûts d'outillage élevés
• Donnez plus de liberté aux concepteurs lors de la création de motifs très complexes

De nombreux fabricants d'imprimantes 3D ont développé des matériaux imprimables en 3D spécifiquement pour le moulage, notamment de la cire, des résines coulables et certains thermoplastiques, à base de PLA et d'ABS.

Ces matériaux sont généralement utilisés avec les technologies de stéréolithographie (résines) et FDM (plastiques), créant des motifs très précis avec d'excellentes caractéristiques de grillage.

#3 Impression 3D de moules et noyaux en sable

Le moulage au sable est une autre technique de formage des métaux transformée par l'impression 3D.

En règle générale, un processus de moulage au sable consiste à créer un objet à partir de métal en fusion en utilisant du sable comme moule. Les cavités du moule sont créées en tasseant du sable à la main autour d'un motif de conception. La conception de la coulée nécessite souvent que des noyaux soient placés dans le moule pour créer les contours intérieurs de la coulée.

L'impression 3D peut simplifier ce processus en créant des moules et des noyaux en sable directement à partir de fichiers CAO, en contournant les étapes de création de modèles et de noyaux.

Tout comme les modèles d'impression 3D pour le moulage de précision, l'impression 3D de moules et de noyaux en sable est un processus automatisé et sans outil. Cela signifie que les coûts d'outillage et de main-d'œuvre qui font grimper les prix de la fonte des métaux sont éliminés.

Les moules et noyaux en sable sont généralement imprimés en 3D à l'aide de la technologie Binder Jetting, qui fonctionne en déposant de manière sélective un agent liant pour coller le sable, couche par couche.

De cette façon, l'impression 3D offre une méthode rapide et efficace pour la production à faible volume. Actuellement, les systèmes de jet de liant pour l'impression 3D de sable peuvent atteindre de grands volumes allant jusqu'à 4 000 x 2 000 x 1 000 mm, produisant des noyaux et des moules de sable à grande échelle. De plus, les moules de coulée en sable imprimés en 3D sont suffisamment solides pour résister à l'environnement difficile de la coulée de métal.

Les autres avantages de l'impression 3D pour les moules et les noyaux en sable incluent :

• Délai de production plus court
• Plus grande liberté de conception pour créer des moulages géométriquement complexes (ce qui nécessiterait des modèles et/ou des boîtes à noyaux)
• La possibilité d'imprimer des noyaux complexes en plusieurs pièces (comme une roue pour une pompe) en un seul corps, éliminant ainsi le besoin d'assembler des composants séparés

Comment les entreprises utilisent l'impression 3D pour le moulage des métaux

Alors que l'impression directe en 3D d'outils métalliques tels que des matrices en est encore à ses balbutiements, les modèles de moulage de précision imprimés en 3D et les noyaux et moules en sable sont déjà largement utilisés et gagnent en popularité.

Modèles de casting d'investissement

Les modèles de moulage de précision imprimés en 3D, par exemple, sont de plus en plus utilisés pour créer des bijoux personnalisés avec des conceptions complexes et des produits dentaires personnalisés et connaissent des délais de livraison plus courts. Par exemple, la joaillière canadienne Vowsmith, spécialisée dans les bagues personnalisées, a pu réduire de 50 % ses délais de production et de livraison en intégrant les imprimantes 3D à cire de 3D Systems dans son flux de travail. En une seule impression, l'entreprise a produit entre 35 et 40 modèles de bagues personnalisés, prêts à être coulés.

La coulée de sable

En ce qui concerne le moulage au sable, de plus en plus d'entreprises du secteur de la fonderie installent des imprimantes 3D de sable pour économiser de l'argent sur l'outillage pour les petites séries de production et obtenir des délais de production plus rapides. Par exemple, Hazleton Casting Company utilise un système d'impression 3D de sable robotisé en plus de ses opérations de fonderie traditionnelles pour produire des noyaux et des moules de sable personnalisés et géométriquement complexes à la demande. Pour les conceptions de noyaux complexes, l'impression 3D permet d'économiser jusqu'à 50 % en renonçant à la production d'outillage.

Outils hérités

Plus tôt cette année, Danko Arlington, une fonderie spécialisée dans la fabrication de modèles et le moulage au sable, a investi dans un grand système d'impression 3D de sable, utilisé principalement pour remplacer l'outillage existant, difficile et coûteux à se procurer, en imprimant directement en 3D des noyaux et des moules en sable.

Noyaux de valve hydrauliques

Un autre exemple est l'entreprise américaine Prospect Foundry, qui a choisi l'impression 3D sur sable pour la tâche difficile de créer des noyaux de vannes hydrauliques complexes. Autrefois, lorsque la complexité des noyaux empêchait la production, la fonderie devait refuser de tels travaux. Cependant, avec l'impression 3D, l'entreprise a non seulement pu honorer la commande, mais a également atteint un taux de rebut très faible.

Impression 3D :une technologie complémentaire pour le moulage des métaux

Contrairement à la croyance selon laquelle l'impression 3D peut remplacer les processus de moulage, il est plus réaliste de la considérer comme un ajout puissant aux méthodes existantes, allant du moulage sous pression au moulage de précision et au moulage au sable. Les avantages sont clairs - pas besoin de fraisage CNC ou d'autres outils qui peuvent augmenter les coûts.

L'impression 3D est idéale pour les travaux de coulée très complexes et à faible volume, facilitant une plus grande liberté de conception et une plus grande rentabilité dans la production de modèles et de moules.

Cela dit, il est important de noter que même si l'impression 3D n'est pas la réponse à tous les problèmes d'outillage de moulage, elle permet d'entreprendre des tâches difficiles qui n'auraient pas été possibles auparavant.

L'impression 3D - et en particulier l'impression 3D métal - confrontée à une croissance rapide, il est vital que les fonderies continuent de se moderniser avec l'impression 3D. Cela aidera à surmonter les limites des méthodes existantes et à rester compétitif dans un paysage manufacturier en constante évolution.