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Étude de cas: Exco Engineering utilise la FA en métal pour l’outillage moulé sous pression automobile

Comme nous l’avons déjà signalé, le secteur automobile repousse la frontière de l’impression 3D métal en fabriquant des prototypes, des gabarits et des montages de production, et des pièces d’utilisation finale pour les automobiles du monde entier. Exco Engineering est particulièrement ambitieux car il imprime en 3D inserts moulés sous pression et ont expérimenté des vestes d’eau imprimées. Ces composants doivent résister à des environnements incroyablement difficiles, alors Exco a dû ouvrir cette voie AM.

Wes Byleveld est le directeur de la fabrication additive pour Exco Engineering, qui est le plus grand constructeur d’outils moulés sous pression en Amérique du Nord. Bien qu’ils ne fabriquent pas de moteurs eux-mêmes, ils fabriquent les matrices pour les composants du moteur; ils peuvent peser des centaines de milliers de livres chacun. Exco imprime en 3D les inserts de matrice qui entrent dans les moules coulés. Les inserts sont généralement usinés à partir d’acier à outils H13 car ils supportent l’essentiel du processus de coulée, qui implique l’injection d’aluminium fondu à haute pression dans le moule.

Il y a des années, Byleveld a envoyé des vestes d’eau à plusieurs sociétés de fabrication de métaux pour savoir si elles pouvaient être imprimées. «Si vous pouvez fabriquer cette pièce pour nous, nous achèterons votre machine», a déclaré Byleveld. EOS a été la seule entreprise à l’avoir accepté et a déclaré: «Oui, nous allons essayer et nous réussirons quoi qu’il en soit.» Exco a fini par acheter un EOS M 400 en 2015 pour développer une voie vers les composants de la matrice imprimée.

Forgé H13 contre H13 imprimé en 3D

La performance des matériaux était le principal obstacle à surmonter. L’acier à outils H13 imprimé en 3D n’a pas les mêmes propriétés que l’acier forgé H13, comme l’explique Byleveld: «Il est extrêmement difficile de produire de manière additive. Lorsque vous regardez certaines des pièces imprimées avec H13, elles sont fissurées et pleines de porosité. Lorsque vous injectez du métal à 13000 PSI en 20 millisecondes et que vous avez une ligne de flottaison à 1 mm de la surface, si cette ligne d’eau éclate pendant l’injection de métal, elle ouvre la machine. C’est un gros problème de sécurité pour moi.

Nous avons imprimé des inserts de matrice en acier maraging qui ont duré plus de 150 000 cycles.Wes Byleveld, directeur de la fabrication additive pour Exco Engineering

La solution: l’acier maraging imprimé en 3D

Au lieu d’essayer de développer un nouveau matériau, ils ont décidé de regarder en arrière. Dans les années 1960, l’acier maraging a été développé pour des applications haute pression comme les carters de moteurs de fusée. Exco a donc commandé quelques études de faisabilité avec une université locale et a atterri sur un procédé de traitement thermique exclusif qui confère à l’acier maraging imprimé en 3D des propriétés mécaniques qui atteignent ou dépassent celles de l’acier à outils H13. «Le matériel dure», dit-il. «Nous avons imprimé des inserts de matrice en acier maraging qui ont duré plus de 150 000 cycles.»

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Il est important d’obtenir un nombre de cycles élevé car un insert imprimé coûte plusieurs fois plus cher qu’un insert usiné; des économies peuvent encore être réalisées si la longévité est considérablement améliorée. Mais il y a d’autres coûts à prendre en compte, tels que les temps de cycle, qui peuvent être réduits avec de meilleurs schémas de refroidissement conformes activés par AM. De plus, les temps d’arrêt sont considérablement réduits grâce aux inserts imprimés, car l’usinage prend énormément de temps. Ces économies individuelles s’ajoutent à de sérieuses pièces de monnaie pendant la durée de vie d’un moule.

Tous ces facteurs s’appliquent également aux vestes d’eau imprimées développées par Exco. Ils travaillent actuellement avec l’un des trois grands constructeurs automobiles pour tester leurs vestes d’eau imprimées. Si les tests se passent bien, les constructeurs automobiles auront encore un autre moyen d’augmenter l’efficacité de la production avec la FA.

Pour en savoir plus, vous pouvez trouver l’interview complète de Wes Byleveld ici.

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