Reconnue pour son expertise en matière de matériaux, Schunk a ajouté une nouvelle corde à son arc en devenant prestataire de services d'impression 3D métal. Il y a deux ans, l'entreprise a élargi son portefeuille de chaînes de processus de moulage par injection de métal à l'impression 3D métal pour répondre aux exigences de production en termes d'applications de construction bionique et d'optimisation de la topologie. Parmi les nouvelles machines installées, un système d'impression 3D multi-matériaux ExAM 255 d'AIM3D est venu compléter le processus de modélisation par extrusion de composites (CEM).
Au cours des deux dernières années, les deux entreprises ont collaboré sur de multiples fronts pour améliorer le service de production de Schunk. Ces fronts comprennent par exemple le développement de matériaux, tels que les matériaux en cuivre et les matériaux à base de nickel, le refroidissement de l'extrudeuse ou les applications de table de serrage à vide, ainsi que diverses manières de développer davantage le service de Schunk en tant que fournisseur de pièces imprimées 3D métal avec des lots de production allant jusqu'à des pièces uniques. En effet, pour de telles petites productions (prototypage rapide et production en petites séries), il est toujours intéressant, pour minimiser les coûts, de s'appuyer sur l'impression 3D métal plutôt que sur la technologie de frittage classique.
Dans ce cas précis, l'accent a été mis sur l'impression 3D de métaux en cuivre.
L'utilisation du cuivre dans la FA
Comme nous l'expliquons dans ce dossier exclusif consacré au cuivre et à la FA, plusieurs techniques de fabrication peuvent être utilisées pour traiter le cuivre pur. Pour ceux qui ne sont pas familiers avec ce procédé, notons que le cuivre reste l'un des rares métaux que l'on peut trouver dans la nature sous une forme métallique directement utilisable. C'est un matériau mou, malléable et ductile qui intègre une très haute conductivité thermique et électrique. Sa haute conductivité thermique est à l'origine de certaines applications de la FA, mais c'est aussi ce qui rend sa transformation difficile dans cette industrie.
Cependant, l'éventail des industries et des applications est large, y compris les applications axées sur la gestion thermique, principalement dans l'ingénierie mécanique et des usines. Il existe également des applications axées sur la transmission d'énergie à faible perte, comme l'e-mobilité, la technologie de soudage et de trempe, ainsi que dans le domaine de l'approvisionnement en énergie, explique AIM3D.
Selon Christian Stertz, chef de projet pour l'ingénierie des systèmes chez Schunk, le système ExAM 255 d'AIM3D, doté de la technologie CEM, permet de conserver les avantages de la conductivité thermique ou électrique dans les processus d'impression 3D. Il considère qu'il s'agit là d'un argument de vente unique, mettant en évidence des valeurs de conductivité meilleures et plus élevées à la surface et à l'intérieur des composants par rapport aux autres procédés de fabrication additive. En outre, le procédé CEM offre des avantages en termes de prix des matériaux et de conservation des ressources.
Prenant l'exemple d'une application, Shunk explique que son équipe a mis au point des durcisseurs par induction (inducteurs) pour les roues dentées dans le secteur automobile et pour les pignons des tronçonneuses. Il s'agit de la trempe par induction d'un composant par le biais d'une trempe superficielle partielle pour les exigences mécaniques les plus élevées. Les propriétés physiques de ces composants en cuivre sont d’une densité d'environ 8,5 g/cm³ (rel. environ 95-96%) avec une conductivité de 75-80% (% IACS). Les valeurs de densité obtenues sont comparables aux procédés de moulage par injection de métal (MIM). La densité du cuivre, en particulier, affecte la conductivité ainsi que les propriétés mécaniques, telles que la dureté ou la résistance à l'usure, explique un communiqué de presse.
Par rapport aux procédés de fabrication conventionnels, Stertz note que les avantages de ce procédé de FA incluent un degré élevé de liberté géométrique dans les canaux internes ou les contre-dépouilles. Les structures bioniques qui permettent d'économiser du poids et des matériaux tout en augmentant la fonctionnalité méritent également d'être mentionnées car elles permettent de réduire les coûts.
Comme pour tout procédé de FA, l'utilisation des systèmes CEM d'AIM3D permet de réaliser des économies sur les coûts d'usinage et d'outillage car il ne s'agit pas d'un procédé basé sur un moule. Toutefois, la remarque suivante s'applique également : le processus CEM n'est généralement pas adapté aux géométries très simples et aux grands lots, car les processus de production en série bien établis, tels que le MIM, sont plus avantageux dans ces cas, note la société.
« Avec le développement des demandes des clients concernant les nouvelles options de conception et de matériaux, comme la conception bionique, la gamme des technologies d'impression 3D continuera également à évoluer. Certaines applications favorisent le traitement avec certaines méthodes de FA. Des niches apparaîtront également et la concurrence qui évince les niches à l'aide de procédés établis continuera à faire avancer le développement technologique », conclut Christian Stertz.
Les résultats de ce partenariat font suite à une série d'améliorations annoncées par AIM3D pour ses imprimantes 3D multi-matériaux.
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