Le prototypage rapide révolutionne la fonderie de précision pour l'aérospatiale, l'automobile et la défense

Dans l'industrie manufacturière, notamment dans les secteurs clés que sont l'aéronautique, l'aérospatiale, la défense nationale et l'automobile, les composants critiques sont généralement des pièces métalliques. Un nombre considérable de ces pièces présentent des géométries asymétriques, des surfaces courbes irrégulières ou des structures complexes et délicates.

Les limites de la fonderie traditionnelle

La fabrication de ces pièces repose souvent sur l'usinage par enlèvement ou la fonderie de précision (cire perdue). Cette dernière nécessite un modèle maître ou un modèle de transition pour répliquer les pièces métalliques. La conception et la fabrication des moules constituent un goulot d'étranglement majeur limitant la production des pièces moulées.

La technologie de prototypage rapide permet de produire rapidement les modèles en cire requis pour la fonderie de précision. Elle résout ainsi les problèmes inhérents au processus traditionnel : cycles de préparation longs, coûts de production élevés et difficulté à réaliser des structures complexes telles que les surfaces courbes. Le gain en efficacité de production et en flexibilité manufacturière est considérable.

Processus de fabrication par prototypage rapide

La technologie de fabrication par prototypage rapide (RPM - Rapid Prototyping Manufacturing) englobe des méthodes de moulage telles que le frittage sélectif par laser (SLS), la stéréolithographie (SLA) et la fusion sélective par laser (SLM). Elle intègre les avancées modernes en CAO, commande numérique, technologie laser et science des matériaux.

Contrairement aux méthodes de fabrication traditionnelles, le processus de prototypage rapide commence par la génération d'un modèle solide ou surfacique 3D CAO du produit, sa conversion au format STL standard RP, et la correction des erreurs de conversion.

Les données de chaque couche sont ensuite transmises à la machine de prototypage rapide. Par fabrication additive et en utilisant le laser comme source de chaleur, chaque couche est frittée ou fondue successivement et liée à la précédente jusqu'à l'obtention de la pièce complète.

La méthode SLS utilise diverses poudres frittables : cire de paraffine, plastiques, poudres métalliques à bas point de fusion ou leurs mélanges. Le choix du matériau selon les exigences du processus permet la réalisation rapide de modèles physiques du produit.

Couplage prototypage rapide et fonderie de précision

La fonderie de précision est la méthode de moulage la plus exacte, offrant une excellente répétabilité et réduisant les opérations d'usinage ultérieures. Elle nécessite la conception et la fabrication de modèles en cire ou d'autres modèles consumables.

Selon la complexité et les dimensions de la pièce, le cycle de production dure de plusieurs semaines à plusieurs mois. Après l'obtention du moule, une semaine supplémentaire est nécessaire pour produire la pièce. La majeure partie du temps est consacrée à la fabrication des modèles en cire et des coquilles céramiques, entraînant des coûts et des délais élevés, particulièrement pour les petites séries.

La technologie RPM permet de réaliser directement les modèles en cire pour la fonderie de précision, sans fabrication de moules. Le modèle en cire produit par frittage laser (SLS) utilise de la poudre de paraffine.

Le processus technique consiste à étaler une couche de poudre sur le plateau, puis à la fritter sélectivement par faisceau laser sous commande numérique (les parties creuses ne sont pas frittées et restent en poudre). Les parties frittées se solidifient ensemble pour former les parties pleines de la pièce.

Une fois une couche terminée, on passe à la suivante, qui se fritte solidement à la précédente. Après completion du frittage, l'excès de poudre est retiré pour obtenir le modèle en cire fritté.

La technologie RPM se caractérise par une grande variété de matériaux : poudre de paraffine pour les modèles de fonderie, poudre céramique pour les coquilles, poudre métallique pour les moules de presse des modèles en cire.

L'application du prototypage rapide en fonderie de précision se décline en trois cas :

• Fabrication de modèles en cire ou en mousse perdue (prototypes pour fonderie), pour la petite série, le développement produit ou l'essai de pièces complexes.
• Fabrication directe de coquilles pour la petite série.
• Prototypage rapide du moule maître servant à former le modèle en cire, pour la grande série.

Ces méthodes résolvent le goulot d'étranglement de la fabrication des modèles en cire dans le processus traditionnel.

Conclusion

L'utilisation du prototypage rapide pour réaliser les modèles en cire de la fonderie de précision permet de lever les contraintes sur la géométrie des pièces et le processus de développement imposées par la fabrication du moule maître métallique. Cela raccourcit considérablement le cycle de développement, tandis que l'économie sur les coûts de moules peut être réinvestie dans la R&D et la production de pièces de pointe plus complexes et précises.

Le prototypage rapide et la fonderie de précision sont complémentaires. Sans prototypage rapide, la fabrication du moule maître reste le goulot d'étranglement de la fonderie. Sans fonderie de précision, l'application du prototypage rapide reste très limitée.