L’Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT et Makino, un fabricant de machines-outils mondialement reconnu, collaborent au développement d’un procédé permettant de produire, de revêtir ou de réparer efficacement des géométries complexes à l’aide de matériaux très résistants.
Dans le but de transférer le revêtement laser à très haute vitesse EHLA sur une plate-forme CNC à cinq axes, il était crucial de développer une cinématique permettant un mouvement rapide et dynamique de la tête d’usinage pour le processus EHLA.
Cela permettrait d’usiner avec souplesse un large éventail de formes géométriques et de revêtir les composants d’une vaste gamme de matériaux. Au départ, les partenaires du projet ne pensaient qu’à la fabrication additive, mais le sujet des réparations a rapidement été abordé : « Les réparations sont extrêmement intéressantes« , explique Min-Uh Ko, chef de groupe pour la fabrication additive et la réparation LMD au Fraunhofer ILT. « De nombreux composants coûteux doivent être remplacés, même pour des défauts mineurs. Un système flexible comme celui de Makino avec une table rotative et inclinable offre en fait de bonnes options de réparation, ce qui permet d’économiser des coûts pour une nouvelle production, d’éviter les délais de transport et de livraison et de minimiser les temps d’arrêt. En outre, le thème de la réparation est la condition préalable fondamentale pour une future économie circulaire« .
La tâche de Makino dans ce projet ne s’est pas limitée au matériel CNC, mais aussi au contrôle du processus, qui a dû être entièrement repensé. Le défi consistait à adapter techniquement la machine à des accélérations élevées et à optimiser le contrôle du processus et la cinématique de la machine afin de contrôler avec précision l’interaction entre le faisceau laser et le matériau.
La machine-outil développée par la filiale Makino de Singapour atteint une vitesse d’avance effective de 30 mètres par minute, ce qui représente une augmentation significative par rapport aux systèmes conventionnels. Cette vitesse est particulièrement avantageuse pour l’usinage de composants complexes et de grande taille, car elle permet de réduire considérablement le temps de production. Les améliorations techniques permettent d’obtenir une qualité constante des produits finis et d’améliorer l’efficacité du processus de production, ce qui est particulièrement important pour les composants de haute qualité dans les secteurs de l’aérospatiale et de la fabrication d’outils.
Le Fraunhofer ILT a apporté sa grande expertise dans le domaine des processus de fabrication basés sur le laser, ainsi que son infrastructure complète et ses installations de laboratoire spécialisées. Grâce à ses décennies d’expérience en matière de développement de processus et de composants pour le LMD, l’institut a contribué de manière décisive à l’optimisation des paramètres du processus pour le traitement de divers matériaux et, finalement, au transfert de la nouvelle technologie au client industriel pilote, Toolcraft AG. Il s’agissait notamment d’ajuster les paramètres du laser, de régler avec précision l’alimentation en poudre et d’optimiser la commande de mouvement de la machine CNC.
« L’optimisation de l’apport de chaleur est un aspect essentiel du processus EHLA3D« , explique Min-Uh Ko, expert en matériaux renommé. « La vitesse d’alimentation et le jet de gaz de poudre jouent un rôle crucial dans le contrôle de la chaleur introduite dans le matériau. En ajustant la vitesse d’alimentation et les débits massiques de poudre, nous pouvons contrôler précisément l’apport de chaleur, réduire la zone affectée thermiquement et assurer une qualité de revêtement uniforme. »
Makino a mis en œuvre les résultats du projet commun dans la nouvelle machine de traitement AML 500.
Selon Johannes Finger, le taux d’accumulation élevé constitue une avancée significative. « En utilisant des vitesses d’alimentation élevées et une alimentation en poudre optimisée, nous pouvons améliorer considérablement l’efficacité de l’application du matériau tout en conservant la même précision, voire en l’augmentant. Le taux d’accumulation avec le HS-LMD peut donc être considérablement augmenté, ce qui accroît l’efficacité globale du processus de production« .
Un aspect essentiel des développements futurs consistera à identifier et à valider de nouveaux domaines d’application pour le procédé EHLA3D. Les systèmes de matériaux pouvant être traités étant devenus si flexibles, ce procédé EHLA étendu peut maintenant être transféré à des applications qui ne pourraient normalement pas être étudiées en raison des limites du procédé LMD. Cela s’applique en particulier aux applications avec des systèmes multi-matériaux et à l’impression de structures fines.
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