Prototypage accéléré par coulée :Eagle Alloy fournit des pièces rapides et de qualité à faible volume

Lorsque le temps et la flexibilité sont des priorités absolues, le prototypage rapide des pièces moulées offre aux fabricants une voie rapide pour produire des pièces moulées complexes en petites quantités. Chez Eagle Group, cette approche avancée prend en charge à la fois le développement de prototypes et la production en faible volume, aidant les clients à affiner leurs conceptions, à vérifier les performances et à passer rapidement du concept à la production sans les longs délais associés à un outillage permanent.

Cet article explique comment fonctionne le flux de prototypage rapide du groupe Eagle (de la modélisation numérique à l'impression et au moulage final) et comment l'intégration de moules en sable imprimés en 3D dans notre processus d'airset offre aux clients une voie rapide et adaptable pour la production à faible volume, la conception itérative et la restauration de pièces existantes.

Le prototypage rapide pour les pièces moulées consiste à utiliser des techniques avancées pour créer rapidement des prototypes physiques fonctionnels (ou les modèles, moules ou noyaux utilisés pour les fabriquer) sans outillage permanent traditionnel. Comme son nom l'indique, la principale distinction entre le prototypage rapide et le prototypage traditionnel est la vitesse :le prototypage rapide fournit des résultats plus rapidement. 

"Nous pourrions être en mesure de proposer des échantillons à l'aide de moules imprimés en 3D en six à sept semaines, alors que les échantillons provenant des outils de production pourraient être de 14, en fonction du client et de ses besoins", explique Jeff Cook d'Eagle Alloy, comparant la vitesse du prototypage rapide aux flux de travail de moulage traditionnels.

Ci-dessus :simulation de moulage à l'aide du logiciel MAGMA

Bien que la rapidité soit l'avantage déterminant, le prototypage rapide n'est pas un processus unique mais une gamme d'approches de fabrication, chacune adaptée à différentes étapes de développement et types de pièces. Dans la fabrication de métaux, les méthodes de prototypage rapide sont globalement regroupées en trois catégories :additive, soustractive et formative.

La fabrication additive, qui inclut l’impression 3D, est l’une des principales technologies permettant le prototypage rapide. Parce qu’il peut générer rapidement des prototypes fonctionnels, il est avantageux dans les projets où les conceptions sont susceptibles de changer et où la flexibilité est importante. Ce cycle de développement raccourci fait de la fabrication additive une technologie précieuse pour les projets de prototypes et de moulage à faible volume.

Cependant, la fabrication additive à elle seule est souvent incapable de fournir des pièces métalliques fonctionnelles conformes aux spécifications. Afin de fournir des pièces moulées ayant des propriétés similaires à celles produites par moulage en coque, moulage par airset ou moulage de précision, des fonderies comme la nôtre travaillent en collaboration avec des spécialistes de la fabrication additive.

Eagle Alloy, la fonderie de moules en coque et d'airset du groupe Eagle, utilise souvent des moules en sable imprimés en 3D pour le prototypage rapide des pièces moulées. Nous travaillons en étroite collaboration avec des partenaires additifs de confiance comme Humtown Additive pour intégrer de manière transparente des moules et des noyaux de sable imprimés en 3D dans nos opérations de fonderie. À partir d’un modèle numérique d’une pièce, des imprimeurs spécialisés créent des moules et des noyaux en sable en les construisant couche par couche. Une fois imprimé, chaque moule est nettoyé, durci, puis livré à Eagle Alloy pour le coulage et la finition.

Cette approche sans outillage est bien adaptée aux travaux qui nécessitent des itérations rapides ou qui ne nécessitent qu'un petit nombre de pièces. Il permet également de réaliser des fonctionnalités internes et des complexités de conception difficiles, voire impossibles, à réaliser avec les méthodes traditionnelles de création de noyaux.

Quand le prototypage rapide a-t-il un sens pour le moulage de métaux ?

Le prototypage rapide est plus efficace lorsque la vitesse, la flexibilité ou la complexité de la conception sont des facteurs clés dans un projet de moulage. Le processus est idéal pour :

• Test de nouvelles conceptions ou de nouveaux matériaux avant de s'engager dans un outillage permanent
• Réalisation d'un prototype fonctionnel sans investissement permanent en outillage
• Produire de petites quantités (moins de 100 pièces) sans longs délais de livraison
• Itérer rapidement lorsque des modifications de conception sont attendues et que de la flexibilité est nécessaire
• Pièces coulées à géométries complexes , comme des maillages ou des canaux internes qui se chevauchent
• Répondre aux cycles de développement qui nécessitent des délais de livraison courts
• Conversion de composants fabriqués en composants moulés lorsqu'une validation précoce est nécessaire avant la production complète
• Remplacement de pièces anciennes ou difficiles à obtenir lorsque l'outillage d'origine n'est pas disponible ou que sa reproduction est d'un coût prohibitif

Tolérances dimensionnelles et détails de moulage

Les moulages imprimés en 3D d’Eagle Alloy atteignent des tolérances comparables à notre processus airset standard. Le tableau ci-dessous résume ces tolérances de performances.

Tolérances dimensionnelles

Linéaire : ±0,045″ par pouce
Angulaire : ±1 degré

Caractéristiques de lancement

Finition de surface : 200-420 RMS
Épaisseur de paroi minimale : 0,250″ (6,35 mm)
Poids typiques des pièces : 2-400 livres
Tailles typiques des tirages : 1-100 pièces

Présentation du processus de prototypage rapide

Nous collaborons avec des fabricants d'additifs fiables pour produire des moules et des noyaux en sable directement à partir des modèles CAO de nos clients, puis les intégrons dans notre flux de travail de coulée et de finition pour créer des pièces moulées en acier pleine densité. Les étapes ci-dessous détaillent le déroulement du processus de prototypage rapide chez Eagle Alloy.

1. Discussion des objectifs du projet avec le client
   Chaque engagement de prototypage rapide commence par une discussion collaborative pour comprendre les objectifs du client, les exigences en matière de pièces et les performances attendues. Que les clients apportent un concept, un plan 2D, un modèle 3D ou une pièce existante nécessitant une ingénierie inverse, nous adaptons le processus pour les répondre là où ils se trouvent.
2. Choisir le matériau
   Une fois les objectifs d’un projet définis, nos ingénieurs travaillent avec les clients pour déterminer l’alliage le plus approprié en fonction de la résistance, de la durabilité, de l’environnement d’exploitation et des considérations de coût. La sélection des matériaux à ce stade garantit que tous les travaux de conception et de simulation en aval sont alignés sur les besoins de performances réels.
3. Développement de modèles CAO, soit directement auprès du client, soit avec l'aide des ingénieurs d'Eagle Alloy
   Les clients peuvent fournir des fichiers 3D complets, des informations dimensionnelles partielles ou uniquement un échantillon physique.
   • Pour les impressions 2D ou les listes dimensionnelles, notre équipe crée un modèle 3D complet à l'aide d'un logiciel de CAO.
   • Si le client fournit une pièce existante au lieu de spécifications de conception ou de plans, nous devons procéder à une ingénierie inverse. À l'aide d'outils manuels, de scanners laser portatifs ou de MMT, les ingénieurs d'Eagle Group obtiennent des informations dimensionnelles, puis saisissent les données dans un logiciel de CAO pour créer un modèle 3D de la pièce.
4. Conception de gates grâce à la simulation de gates
   À l’aide d’une simulation avancée de solidification, nous concevrons et optimiserons les portes et les colonnes montantes. La simulation nous permet de prédire comment le métal entrera dans une cavité de moule et se comportera lors de son refroidissement, ce qui nous permettra de prendre en compte le retrait naturel et de corriger les défauts potentiels avant le coulage.
5. Impression 3D de noyaux/moules en sable avec l'aide d'un partenaire
   Une fois la conception du point d'entrée validée, nous collaborons avec des partenaires de fabrication additive de confiance pour produire des composants de moule et de noyau de précision avec du sable lié.
6. Assemblage de moules et noyaux imprimés
   Le moule imprimé en 3D et les composants du noyau sont livrés à notre fonderie pour assemblage. Ils sont combinés aux flux de travail de coulée traditionnels chez Eagle Alloy pour garantir un alignement, une ventilation et une préparation appropriés afin que les composants fonctionnent comme prévu pendant le coulage.
7. Coulage à l'aide de méthodes de coulée conventionnelles
   Une fois le moule assemblé, la pièce est coulée selon les pratiques de fonderie standard d’Eagle Alloy. Les opérateurs contrôlent soigneusement la température, la vitesse et la manipulation de coulée pour correspondre aux paramètres établis lors de la simulation et garantir des pièces moulées en acier précises, exemptes de porosité et d'autres défauts.
8. Tests et validation en interne
   Chaque prototype est soumis à une évaluation approfondie pour confirmer son intégrité dimensionnelle et métallurgique. Nos méthodes d'inspection comprennent :
   • Numérisation laser pour une comparaison dimensionnelle haute résolution de la pièce physique avec la CAO
   • Tests de particules magnétiques pour détecter les discontinuités en surface et proches de la surface
   • Inspection aux rayons X pour identifier les défauts internes et vérifier l’uniformité des murs
     

Vous souhaitez en savoir plus sur la façon dont nous concevons des produits moulés à l'aide d'un logiciel de modélisation et de solidification 3D ? Découvrez notre dédié Concevoir des produits moulés article de blog.

Ci-dessus :moules et noyaux imprimés en 3D dans l'usine Eagle Alloy, prêts à être assemblés

Étude de cas sur le prototype rapide d'Eagle Group

Si vous vous demandez à quoi ressemble ce flux de travail dans la vraie vie, notre projet de prototypage rapide PBR en est un excellent exemple.

Eagle Alloy et Eagle CNC ont reproduit un composant clé d'un bateau de patrouille de l'ère vietnamienne en utilisant un prototypage rapide et une fabrication moderne en fonte et en machine. En l'absence de plan et uniquement d'une pièce d'origine corrodée et cassée, l'équipe a dû procéder à une ingénierie inverse, en commençant par une numérisation 3D pour créer un modèle numérique précis.

Eagle Alloy a conçu le moule, effectué des simulations de solidification et s'est associé à Humtown Additive pour imprimer des moules en sable en 3D. Étant donné que la pièce d'origine (en fer Ni-Hard) était devenue fragile au fil du temps, les ingénieurs d'Eagle Group ont sélectionné l'acier inoxydable pour une plus grande durabilité et des performances à long terme.

Après qu'Eagle Alloy ait coulé les nouvelles pièces moulées, les pièces ont été transférées chez Eagle CNC, où leur équipe a utilisé des outils personnalisés et des mesures minutieuses en cours de processus pour usiner toutes les caractéristiques critiques et garantir que l'assemblage final s'adapterait et fonctionnerait comme prévu.

Le résultat ? Un composant en acier inoxydable entièrement repensé qui a redonné vie à un navire militaire d'importance historique.

Lisez l'étude de cas complète ici.

Pourquoi la demande augmente pour le prototypage rapide

La demande de prototypage rapide augmente car il élimine le besoin d'outillage permanent, offre des itérations plus rapides avec une plus grande flexibilité pour les modifications de conception, permet des fonctionnalités et des canaux internes complexes et raccourcit les délais de développement. Ce flux de travail, utilisant des moules et des noyaux imprimés en 3D, peut permettre aux clients de remettre les pièces moulées entre les mains en quelques semaines au lieu de quelques mois. Le prototypage rapide offre aux clients un moyen d'équilibrer vitesse, certitude de conception et exigences du projet, ce qui le rend attrayant, mais uniquement pour les projets qui répondent aux bons critères.

Le prototypage rapide peut être particulièrement utile pour les composants uniques ou à faible production, où sa flexibilité et son délai d'exécution plus rapide peuvent compenser son coût par pièce plus élevé. Comme le résume Cook :« Les échantillons fabriqués à partir de moules imprimés en 3D sont plus chers, mais ils sont plus rapides. » Cependant, le prototypage rapide n'est pas rentable pour la production de pièces moulées en grand volume, et de nombreuses fonderies ont du mal à trouver des utilisations pour cette nouvelle technologie.

Ci-dessus :moule imprimé en 3D avant insertion du noyau

Dans le même temps, selon Brandon Lamoncha de Humtown Additive, le secteur adopte de plus en plus de flux de travail hybrides. "Ce que nous commençons à voir de plus en plus dans la production, c'est qu'il s'agit davantage d'un processus hybride", explique Lamoncha. "Une fonderie produira un modèle pour créer la forme extérieure de la pièce moulée et du moule, mais les éléments internes très complexes (du carter de turbo à la culasse et aux corps de soupapes pour les systèmes pneumatiques, hydrauliques ou pneumatiques) sont désormais de plus en plus produits à l'aide de l'impression 3D et en les associant à un moule traditionnel fabriqué à partir d'un modèle. "

Pour la plupart des projets qui vont au-delà du développement initial, les méthodes de moulage traditionnelles telles que le moulage en coque et le moulage à modèle perdu offrent toujours une précision et une cohérence supérieures, avec des coûts de pièces bien inférieurs pour des volumes plus élevés. Par conséquent, l'approche la plus efficace n'est souvent pas une décision de l'un ou l'autre, mais une évaluation minutieuse de la façon dont le prototypage rapide et les méthodes traditionnelles peuvent être appliquées (individuellement ou ensemble) en fonction du calendrier d'un projet, de la complexité de la conception et des besoins en quantité.

Pourquoi une fonderie expérimentée est importante pour le prototypage rapide

Le partenariat avec une fonderie qualifiée offre une expertise de bout en bout en matière de moulage qui rationalise l'ensemble du processus, de la conception à la production. Les clients travaillent directement avec nous car nous maintenons nos pièces moulées à prototypage rapide selon les mêmes normes que nos pièces moulées en coquille. Notre engagement est de livrer des pièces moulées selon les spécifications, en utilisant la meilleure méthode de fabrication possible pour chaque projet.

Comment Eagle Alloy accompagne votre projet, du début à la livraison

Lamoncha, qui collabore régulièrement avec Eagle Alloy sur des projets de moulage par impression 3D, résume la différence qu'une équipe de moulage expérimentée peut faire :"Nous recevons des clients qui ont une idée sur un morceau de papier, et nous pouvons la transmettre depuis un croquis sur une serviette, une impression 2D ou un modèle 3D jusqu'au moulage. Mais le temps entre le moment où vous commencez à parler d'un projet et le moment où vous obtenez quelque chose entre vos mains peut prendre des semaines ou des mois. "

"Lorsque vous travaillez avec Eagle", poursuit Lamoncha, "Humtown reçoit le contraire de Napkin Sketches. Humtown reçoit des ensembles de données techniques complets avec tous les dégagements, le rétrécissement par pied et d'autres considérations de fonderie prêts à être imprimés, ce qui rend le processus et le flux de travail beaucoup plus rapides."

Chez Eagle Alloy, nous donnons non seulement accès au moulage imprimé en 3D pour des travaux de moulage rapides, mais nous offrons également un haut niveau d'expertise en moulage et en ingénierie pour chaque projet. Nos ingénieurs évaluent si le prototypage rapide est la meilleure solution à votre calendrier, à la complexité de votre conception et à vos besoins en matière de quantité, et nous vous fournissons des conseils précoces pour éviter les problèmes de moulage et éviter des refontes coûteuses. Que vous passiez du prototype à la production ou que vous passiez d'une fabrication soudée à des composants moulés, nous vous guiderons tout au long du processus et garantirons une transition en douceur vers la fabrication complète.

Demander un devis ou contacter notre équipe pour démarrer la conversation.