Entretien publié initialement dans le numéro de juillet/août 2021 de 3D ADEPT Mag, puis en ligne en janvier 2022. Les fonctions, matériaux et perspectives décrivent la situation de 2021.
Réduire les délais de développement est un enjeu majeur pour les fabricants. La fabrication additive peut y contribuer, mais son intérêt pour un moule doit être évalué sur toute la gamme de fabrication : impression, usinage, traitement thermique, finition et contrôle.
La technologie TrueShape de Mantle combine dépôt de pâte métallique et usinage pour produire des composants d’outillage.
Basée à San Francisco, Mantle a présenté publiquement TrueShape le 24 février 2021, en annonçant un financement jusque-là non divulgué de 13 millions de dollars. L’entreprise visait d’abord l’outillage.
Ses cofondateurs sont Ted Sorom, ingénieur en conception mécanique et CEO à l’époque de l’entretien, et Steve Connor, chimiste. Ils expliquaient alors travailler sur l’entreprise depuis plus de cinq ans.
Leurs expériences professionnelles respectives ont conduit au développement de TrueShape dans la mesure où, dès le début de sa carrière, Connor a acquis une expertise et a décidé de se spécialiser dans les nanoparticules et les pâtes métalliques. Il a même développé avec succès un “produit de remplacement à moindre coût pour les pâtes métalliques d’argent coûteuses utilisées dans l’industrie solaire.” “Il a ensuite changé de vitesse pour voir si une technologie similaire pouvait être utilisée pour la fabrication additive“, a déclaré Sorom à 3D ADEPT Media.
L’expérience de Sorom dans la fabrication de moules éclaire ce choix. En effet, juste après l’obtention de son diplôme, il a “rejoint une entreprise verticalement intégrée qui fabriquait des équipements haut de gamme en utilisant des pièces métalliques usinées par CNC et des pièces en plastique moulées par injection.”
“Je concevais les pièces et les moules à l’étage, puis je descendais fabriquer les moules avant de les mettre en pleine production. J’ai vu de mes propres yeux combien le processus de fabrication d’outils était long et coûteux, même pour une simple pièce en plastique. Le calendrier de lancement de nos nouveaux produits était conditionné par l’outillage. Malheureusement, mon expérience n’est pas unique ; presque toutes les entreprises de fabrication sont confrontées à ces mêmes défis. Chez Mantle, nous avons concentré nos efforts pour relever ces défis“, se souvient-il.
Comprendre l’épine dorsale de l’industrie manufacturière
L’outillage regroupe les outils nécessaires à la production et au contrôle des pièces : moules, matrices de forgeage ou d’emboutissage, gabarits, montages, calibres et outils de coupe. Leur géométrie et leur état de surface influencent directement les pièces produites.
La conception et la fabrication de ces outils ayant une incidence directe sur la qualité de la production de l’industrie utilisatrice finale, le choix du processus de fabrication utilisé ici est d’une importance capitale. “Les applications d’outillage exigent une finition de surface exceptionnelle et un haut degré de précision“, souligne Sorom. Pour offrir un tel rendu, Mantle a décidé de combiner le meilleur des deux mondes : l’usinage traditionnel et la fabrication additive.
En plus, en ce qui concerne la FA, les fondateurs voient ici une opportunité pour cette technologie d’avoir un impact important sur la production de produits en grand volume.
TrueShape
La fabrication conventionnelle d’un moule peut nécessiter programmation, usinage et finition. Les délais dépendent de la complexité, des tolérances et des capacités disponibles ; les gains annoncés pour une solution additive doivent être comparés sur un périmètre équivalent.
TrueShape dépose une pâte métallique propriétaire, puis usine la géométrie encore non frittée. Cette pâte destinée à l’impression et au frittage ne doit pas être confondue avec les mastics de réparation à base de résine et de durcisseur.
Dans le cas de Mantle, la pâte est composée de particules métalliques et de supports liquides, que l’on extrude pour construire les pièces couche par couche.
“Nous chauffons et séchons ensuite la pâte à l’intérieur de l’imprimante, ce qui élimine le support liquide et laisse un “corps vert” relativement mou qui peut être usiné rapidement et facilement. L’usinage crée la précision, la finition de surface et les caractéristiques fines nécessaires aux pièces de précision comme les moules. L’étape finale est le frittage, qui est important car il permet de fusionner les particules de métal et d’établir les propriétés finales du matériau. Le frittage s’effectue dans un four à haute température qui amène la température des pièces juste en dessous du point de fusion du matériau, puis la refroidit. Lorsque les pièces sortent du four, elles sont des aciers à outils de haute dureté avec des surfaces extraordinairement lisses qui peuvent être utilisées directement dans des applications d’outillage de moules à injection sans aucun post-traitement des surfaces des moules“, a déclaré le CEO à 3D ADEPT.
Mantle cherche ainsi à limiter certaines opérations de finition des surfaces du moule. Le séchage, l’usinage avant frittage et le passage au four restent des étapes du procédé ; les contrôles, les éventuelles finitions et les traitements complémentaires dépendent de l’outil visé.
L’intérêt de cette approche doit être évalué à partir de la précision obtenue après frittage, de l’état de surface, des propriétés de l’acier et de la durée de vie de l’outil. La reproductibilité dépend du contrôle de l’ensemble de la gamme, y compris du retrait au frittage.
Lors de l’entretien, Mantle présentait deux matériaux comparables aux aciers à outils P20 et H13. La distribution de la pâte ne suffit pas, à elle seule, à démontrer une microstructure plus résistante : les propriétés doivent être caractérisées pour le matériau et le cycle utilisés.
Sorom cite le cas d’un fabricant mondial de dispositifs médicaux ayant utilisé TrueShape pour des inserts de moule en acier. Selon les résultats communiqués par Mantle pour ce cas, le délai de réalisation de l’outillage est passé de sept semaines à huit jours, avec une réduction du coût supérieure à 50 %. Ces chiffres concernent cet outillage, pas la production complète ni l’autorisation d’un dispositif médical.
La prochaine étape dans le pipeline
En 2021, Mantle présentait l’outillage comme la première application de ses composants de précision, tout en envisageant d’autres débouchés.
“Les autres domaines d’application comprennent les gabarits et les montages de précision et les pièces de rechange/à faible volume pour les applications industrielles”, note le PDG. “Nous prévoyons également que, dans plusieurs années, notre technologie sera qualifiée pour des applications finales dans les domaines médical, aérospatial et automobile“, complète-t-il.
Ces perspectives de qualification et d’élargissement de l’offre étaient celles de 2021. À cette date, l’expédition des premiers systèmes constituait encore un jalon attendu par la rédaction ; ce passage ne décrit pas l’état actuel du déploiement commercial.
Ce dossier exclusif a été initialement publié dans le numéro de Juillet/Août de 3D ADEPT Mag.
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