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Plus vite à partir du fil: 
Impression métallique en 3D dans le procédé de soudage à l'arc

3D-Druck Metall OTC (2)

Les procédés de soudage à l'arc tels que le système SynchroFeed d'OTC DAIHEN EUROPE sont de plus en plus impliqués dans la production de composants métalliques tridimensionnels. La question de savoir si et dans quelle mesure elle prévaudra à l’avenir contre les systèmes à base de lit de poudre devrait intéresser les concepteurs et les petits producteurs de séries.

 

De grandes parties de l’industrie s’appuient depuis longtemps sur des solutions de fabrication à commande numérique, qui sont indispensables à la production de masse. Quelle que soit la taille de lot désirée, tous les modèles géométriques sont désormais gérés par des systèmes de CAO intelligents, qui ont pris la tête de la production industrielle et peuvent être trouvés dans toutes les usines de fabrication.

Avec l'aide des systèmes de CAO, l'industrie métallurgique utilisait traditionnellement des procédés de fabrication soustractifs tels que le fraisage et le tournage, qui peuvent générer jusqu'à 90% de déchets de matières avant que la forme désirée ne soit finalement atteinte..

Qu'en est-il de la possibilité de fabrication additive, qui ne requit que le matériel nécessaire? Nous connaissons déjà l'avantage des imprimantes 3D dans la production de plastiques, qui nous ont longtemps impressionnés par des formes diversifiées. Si on change de perspective, on se rend compte, en revanche, que le choix des options techniques dans le secteur du métal est plutôt clair.

 

Filigrane à partir de la masse fondue au laser

 

Depuis quelque temps, les procédés de fabrication additifs dans le secteur des métaux reposent sur le frittage laser, ainsi que sur la fusion par laser ou par faisceau d'électrons. Les matériaux de départ pour ces procédés sont des poudres métalliques, qui sont d'abord transformées à l'état liquide via le faisceau laser, puis refroidies. La production des composants souhaités se fait en couches et peut certainement rivaliser avec la qualité des composants coulés de manière conventionnelle.

Ces procédés sont principalement adaptés à la production des pièces en filigrane ou en format limité. Il convient de noter que les procédés basés sur les lits de poudre, qui fournissent des résultats certes impressionnants, ne peuvent être qualifiés de technologies « rapides ». L'utilisation des matériaux est en moyenne au maximum de 70%.

De plus, l'apport d'énergie pendant le revêtement laser/frittage laser est plus élevé par rapport à l’impression en 3D de métal dans le procédé de soudage à l'arc, ce qui entraîne généralement des limitations dans l'utilisation de différents matériaux. Certains de ces processus échouent parfois en raison du refroidissement nécessaire.

Ce n’est pas pour rien que des simulations de logiciels pour la fusion de faisceaux laser à base de lit de poudre sont désormais disponibles pour anticiper virtuellement le processus de construction. De cette façon, on peut acquérir des connaissances en temps opportun sur les désordres potentiels tels que la fissuration ou l'instabilité.

Le désir de gagner du temps et de réduire les coûts est à la base de ces solutions de simulation: la structure en couches d’un composant prend beaucoup de temps lors de la fusion du faisceau laser. Tous les producteurs ne peuvent pas se permettre des prototypes défectueux.

Les composants tridimensionnels constitués de matériaux de départ en poudre nécessitent également des plates-formes de construction ou des structures de support pour pouvoir empêcher les déformations indésirables. Un dérivé reproductible de la chaleur introduite via le laser est généralement possible que par l’intermédiaire de tels composants de support. Après l'achèvement, ceux-ci doivent d'abord être séparés mécaniquement ou retirés de la nouvelle pièce. Ceci est suivi par l'usinage de la surface pour le nettoyer des particules de poudre.

 

Nouveau processus en travail posté

 

La gamme des processus de moulage additifs du secteur métallurgique a été élargie pour inclure le soudage à l'arc 3D: OTC DAIHEN EUROPE GmbH de Mönchengladbach a profité du procédé auto-développé SynchroFeed *) pour d'abord appliquer une surface de support en fondant un matériau, comme pour la soudure habituelle, puis le construire couche par couche. Comme avec tous les autres processus, le résultat est un logiciel 3D qui se transforme en un corps physique.

Le procédé SynchroFeed est responsable du contrôle précis de l'arc et de la fusion du matériau. Si les températures sont trop élevées, le matériau s'écoulerait simplement et si la température était trop basse, il n'y aurait pas de connexion métallurgique entre la couche appliquée et la couche sous-jacente. La construction de soudage à l'arc dépend donc de l'apport de chaleur optimal, en fonction du matériau utilisé à cet effet.

Déjà lors de la dernière foire, « Soudage & Découpage », il a été démontré qu’avec aluminium, ce processus aboutissait au résultat souhaité sans interruption. Pour la production d'objets 3D plus grands, seul le refroidissement doit être ajusté à la position appliquée respective.

 

 

3D-Druck Metall OTC (1)

 

Avec des matériaux particulièrement résistants tels que l'acier, il est important d'apporter plus d'énergie au processus, mais cette énergie doit également être dispersée à temps. Le matériau ne doit en aucun cas «déborder», car cela pourrait entraîner des influences ou des composés métallurgiques nuisibles. Le défi particulier consiste donc à refroidir le matériau en temps opportun, en fonction d'une courbe de température correspondante. Les structures en acier inoxydable soudées en 3D doivent, en particulier, répondre à cette exigence.

 

Les grandes pièces sont une simple formalité

 

2-Türme

 

Les produits d'impression 3D utilisant le soudage à l'arc offrent une liberté de conception similaire à celle du soudage par dépôt laser et du frittage laser - y compris tous les avantages des économies de matériaux que les procédés de fabrication additive offrent généralement.

 

Cependant, la vitesse à laquelle les pièces sont produites est cruciale. Le procédé de soudage SynchroFeed assisté par le robot d'OTC, permet la modélisation de nouveaux composants en aluminium à une vitesse pouvant atteindre 80 cm / min. Dans tous les cas, de tels taux élevés d'accumulation des couches ne peuvent pas être atteints par des méthodes basées sur un lit de poudre.

 

En ce qui concerne les formats finaux des pièces à usiner; la surface de travail d'un robot à OTC pour que ça puisse produire des composants plus grands, est d'environ deux mètres carrés. Si la portée du robot utilisé est encore plus élevée, le format des nouvelles conceptions 3D sera pratiquement illimité. En outre, la rapidité du processus de fabrication est un autre point positif du procédé de soudage SynchroFeed.

 

Dans certains secteurs industriels, tels que l'industrie aéronautique, où de grandes quantités ne sont pas nécessaires, OTC voit des défis intéressants pour le procédé de soudage à l'arc. Cependant, un cercle plus important d'utilisateurs de l'impression en métal 3D est susceptible d'être le métier de métallurgiste, qui met en place de petites séries de balustrades, de supports, de cadres et de profils, qui aiment avoir certains liberté dans leur gamme de services.

 

 

Burgform

 

 

«Les entreprise métallurgique qui veulent produire des rampes ou des moules de fantaisie doivent être économiquement bien positionnées avec SynchroFeed et la possibilité d’imprimer en 3D. Surtout après qu'un prototype défectueux après un contrôle de qualité en petite série a été lancé », a déclaré le directeur technique d'OTC.

Dans la production de masse, la technologie du moulage par injection est toujours en tête. Quiconque entre en production de masse calcule également un seuil de rentabilité significativement plus élevé dès le départ.
Cependant, il existe également des approches pour une répartition efficace des tâches dans de tels procédés de fabrication, par exemple dans la fabrication de radiateurs de camions dans l’industrie automobile: Un grand tirage des terminaisons de réseaux de refroidissement, préfabriquées au moyen de la technique de moulage, pourrait être complété par des pièces de raccordement individuelles, qui seraient fabriquées grâce à l'impression 3D via l’arc électrique.

 

 

3-Türme

 

Une autre possibilité serait de protéger un corps de base de la production en série avec un matériau durcissant. Dans ce cas, des contours ou des formes pourraient être spécifiquement appliqués à cet objet, qui n’aurait pas à être poncé plus tard.

 

Synchronisation du courant de soudage et de l'alimentation du fil


Grâce à un processus de contrôle hautement dynamique, SynchroFeed applique le fil de soudage avec un apport de chaleur réduit et peut donc travailler sans déformation ni éclaboussures. Les processus de post-traitement tels que le broyage sont dispensables après le revêtement.

 

Par rapport aux soudures avec des arcs différents, SynchroFeed se révèle être le procédé le moins éclaboussant et convient donc particulièrement à l'impression 3D.

 

Kurzlichtbogen Geregelter Kurzlichtbogen SynchroFeed 

Photo à gauche: Arc court, photo au milieu: Arc court règlementé et modifié, photo à droite: SynchroFeed d'OTC

 

 

L'équipement de base requis est un système de soudage robotisé SynchroFeed avec le robot d’OTC (FD-B6), une source de courant de soudage (OTC Welbee P500L), unité d'alimentation (‘Push Feeder’), tampon de fil, torche à col de remplacement haute performance, commande de robots, table de travail et technologie de sécurité nécessaire.

 

Rentabilité et prévisions

 

Les coûts d’acquisition de l’équipement nécessaire pour le soudage par accumulation sur support laser ou le frittage laser sont également élevés. En comparaison, on ne peut s'attendre à une fraction de ces coûts que si l’on choisit le système de soudage à l'arc électrique 3D, SynchroFeed, d'OTC.

 

À l'avenir, on peut supposer qu'une grande partie des formes industrielles seront prises en compte par les systèmes de soudage à l'arc via des procédés de fabrication additifs. Bien que l'on ne puisse nier que des formes en filigrane peuvent être produites par frittage laser / soudage par dépôt laser, il faut aussi se demander si un procédé de fabrication aussi complexe se justifié dans tous les cas.

 

«Les composants robustes ou légers de plus grandes dimensions sont déjà un cas pour la technologie robotique en combinaison avec un procédé de soudage à l'arc intelligent, car ils peuvent également être produits à une vitesse acceptable. À mon avis, les délais de traitement plus courts, l’utilisation de jusqu’à 90% de matériaux et les coûts d’acquisition beaucoup plus bas, parlent pour le système SynchroFeed », déclara le directeur technique d’OTC.

 

Actuellement, les installations de recherche s’intéressent particulièrement à la nouvelle technologie et des travaux sont en cours pour produire une technologie de soudage qui permet non seulement la soudure en position verticale, mais qui offre également la possibilité, à l'avenir, de souder à des inclinaisons d'environ 30 ° de la torche de soudage.

 

3D-Druck Metall OTC (3)

 

*) SynchroFeed est un procédé de soudage sans projections de l’OTC DAIHEN Europe, caractérisé par une vitesse de dépôt accrue et un apport de chaleur réduit.

 

 

Pour plus d'information veuillez contacter:
Katharina Klötergens,
assistante marketing OTC DAIHEN EUROPE GmbH,
Tél.: +49 2161 69 49 7 14,
Email: Katharina.Kloetergens@otc-daihen.de

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