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Article

1 - PRINCIPES GÉNÉRAUX DE L’ÉLECTROPOLISSAGE

2 - APPROCHE ÉLECTROCHIMIQUE DE L’ÉLECTROPOLISSAGE

3 - PARAMÈTRES DU PROCÉDÉ

4 - PROTOCOLE D’OPTIMISATION DES PARAMÈTRES D’ÉLECTROPOLISSAGE EN FABRICATION ADDITIVE

5 - REVUE DES ÉLECTROLYTES ET PROCÉDÉS POUR LE TRAITEMENT DES PIÈCES DE FABRICATION ADDITIVE

6 - DÉVELOPPEMENTS RÉCENTS ET PROCÉDÉS INNOVANTS EN ÉLECTROPOLISSAGE

7 - PERSPECTIVES

8 - GLOSSAIRE

9 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : M1635 v1

Développements récents et procédés innovants en électropolissage
Électropolissage - Procédé pour le parachèvement des pièces de fabrication additive métalliques

Auteur(s) : Marie-Laure DOCHE, Jean-Yves HIHN

Date de publication : 10 oct. 2021

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Le polissage électrochimique aussi appelé électropolissage est un procédé de dissolution anodique contrôlée des métaux, permettant de réduire la rugosité et de conférer à la pièce traitée un aspect lisse et brillant. Connu depuis les années 1930, il trouve un regain d’intérêt pour la finition d’objets élaborés par fabrication additive. Cet article se propose de définir les fondements théoriques de cette technologie et les paramètres physico-chimiques et électriques du procédé. Différentes applications concernant les principaux alliages élaborés par fabrication additive (acier inoxydable, alliages de nickel et de titane) sont examinées en considérant des perspectives d’industrialisation.

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ABSTRACT

Electropolishing -Tool for post-processing of metallic additive manufacturing parts

Electrochemical polishing, also known as electropolishing, is a process of controlled metals anodic dissolution, which makes possible roughness reduction and gives to the workpiece a smooth and shiny appearance.Known since the 1930s, electropolishing has found renewed interest in the surface finishing of parts produced by additive manufacturing. This article aims to define the theoretical foundations of this technology and the physico-chemical and electrical parameters of the process. Different applications concerning the main alloys produced by additive manufacturing (stainless steel, nickel and titanium alloys), will be detailed in the view of industrialization.

Auteur(s)

  • Marie-Laure DOCHE : Maître de conférences - Institut UTINAM, UMR CNRS 6213, Université de Franche-Comté, Besançon, France

  • Jean-Yves HIHN : Professeur des Universités - Institut UTINAM, UMR CNRS 6213, Université de Franche-Comté, Besançon, France

INTRODUCTION

Depuis le début des années 2000, la fabrication additive (FA) est en plein essor par les potentialités qu’elle offre en production rapide de pièces métalliques de formes complexes ou présentant des structures intérieures sophistiquées. À ses débuts, elle était essentiellement utilisée pour le prototypage rapide. Aujourd’hui, tous les secteurs industriels se sont appropriés la technique, qui a gagné en rentabilité et qui permet la mise en forme innovante de presque tous les alliages, des plus nobles (métaux précieux, alliages cuivreux) pour l’industrie horlogère aux plus exigeants (alliages de titane, Inconel®, acier inoxydable, alliages légers…) pour l’aéronautique et le biomédical. Parmi les différents procédés existants, la technologie dite « lit de poudre » est probablement la plus répandue. Celle-ci permet la construction d’une pièce, à partir d’un modèle numérique 3D, par couches successives de matière et d'un apport localisé d'énergie pour fusionner la poudre. La fusion de chaque section de pièce formée successivement et la cohésion du matériau sont assurées par un faisceau laser (LBM) ou d’électrons (EBM).

Si les progrès technologiques ont permis d’aboutir à des composants de fabrication additive dont les propriétés mécaniques et structurales à cœur sont équivalentes à des pièces forgées, il reste cependant un obstacle majeur à l’extension du procédé, qui tient à l’état de surface extrêmement dégradé des pièces produites. En effet, la surface des prototypes obtenus se caractérise par une rugosité élevée (Ra pouvant atteindre 40 µm), une forte texture (en lien avec le procédé et les paramètres de fabrication) et la présence de particules infondues potentiellement détachables. Ces défauts sont généralement incompatibles avec les applications visées (pièces creuses pour écoulement de fluides), et induisent une dégradation des propriétés fonctionnelles du matériau comme une sensibilité accrue à la fatigue et à la corrosion. Le recours à une étape de parachèvement qui doit permettre d’améliorer l’état de surface général, y compris dans les zones occluses telles que les canaux et les orifices, est donc un impératif pour le déploiement de la FA dans l’industrie. C’est en outre un poste de coût significatif qui constitue une composante clé de la chaîne de valeur.

Parmi les techniques de finition soustractives envisageables (mécaniques, physique ou chimiques), le polissage électrolytique aussi appelé électropolissage est un candidat de choix de par son efficacité, sa large diffusion industrielle et sa facilité de mise en œuvre. Il s’agit en effet d’un procédé de dissolution électrolytique dans lequel la pièce à traiter est polarisée anodiquement et qui fonctionne donc à l’inverse de l’électrodéposition, telle qu’utilisée dans l’industrie de la galvanoplastie Cet article se propose de présenter cette technologie et ses développements récents, en particulier pour la finition de surfaces des pièces métalliques élaborées par fabrication additive.

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KEYWORDS

additive manufacturing   |   surface finishing   |   electropolishing   |   anodic dissolution

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m1635


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6. Développements récents et procédés innovants en électropolissage

Depuis 2015, la littérature indique un regain d’intérêt du monde académique et industriel pour l’électropolissage, qui accompagne le déploiement de la fabrication additive métallique. À l’échelle nationale, le projet AFTER ALM (pour AFTER-Additive Layer Manufacturing) porté par l’IRT M2P (2017-2021) a pour objectif de développer et d’évaluer différents procédés de parachèvement pour les pièces issues de fabrication additive (SLM/EBM). Le projet regroupe de grands donneurs d’ordre industriels comme Airbus, Safran, Liebherr, Collins Aerospace, Stelia, NavalGroup et ArianeGroup. Il comprend aussi des sociétés spécialisées dans la production de pièces par fabrication additive (LISI Aerospace, WeAre Aerospace, Spartacus 3D, Add-up, Volum-e), des applicateurs de traitements de surface (Galvanoplast, Chrome Dur Industriel, DEC SA, Satys, GIT), des partenaires technologiques (Micronics, ABC Swisstech, Beckmann Institute, IREPA laser, R&D Nano, INVENTEC, AQUARESE) et des partenaires académiques (UTINAM, CIRIMAT, ENISE). Les techniques de parachèvement recouvrent une large gamme de procédés ; physiques (polissage laser), mécaniques (tribo-finition, polissage jet d’eau), chimique (polissage chimique avec et sans assistance) et électrolytique (électropolissage, polissage plasma, revêtements nivelants métalliques ou sol-gel) et des combinaisons de ces procédés. Les alliages d’intérêt du projet sont l’acier inoxydable 316 L, l’Inconel 718, l’alliage de titane TA6V et l’alliage d’aluminium de fonderie AS7G06.

L’électropolissage s’avère un candidat prometteur en raison de son efficacité et de sa facilité de mise en œuvre. La technologie est facilement industrialisable et peut permettre à moindre coût de traiter des pièces de grande taille ou d’effectuer de la production sérielle de petites pièces.

Sur l’acier inoxydable 316 L SLM d’une rugosité initiale élevée (Ra = 30 µm, Rz = 180 µm), on enregistre une vitesse de dissolution moyenne de l’ordre de 1,7 µm.min−1 permettant d’atteindre une rugosité finale de 1 µm en 2 h avec un effet de brillantage. La durée du traitement est compatible avec des contraintes de productivité. Il est possible de traiter simultanément les surfaces internes et externes de pièces creuses (tubes) sous réserve de procéder à un cathodage interne. Il y...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - JACQUET (P.A.), FIGOUX (H.) -   Perfectionnement aux traitements électrolytiques des métaux.  -  Brevet Français, n° 707526 (1930).

  • (2) - CHAISE (T.), ELGUEDJ (T.), GIRARDIN (F.), MARTINI (L.), NOEL (N.), TARDIF (N.) -   Parachèvement de surface Généralités.  -  INSA de Lyon/GM-3-PROFA (2017).

  • (3) - RIEMER (A.), LEUDERS (S.), THÖNE (M.), RICHARD (H.A.), TRÖSTER (T.), NIENDORF (T.) -   On the fatigue crack growth behavior in 316L stainless steel manufactured by selective laser melting.  -  Eng. Fract. Mech., vol. 120, p. 15-25, doi :10.1016/j.engfracmech.2014.03.008 (2014).

  • (4) - CABANETTES (F.) et al -   Topography of as built surfaces generated in metal additive manufacturing : A multi scale analysis from form to roughness.  -  Precis. Eng., vol. 52, p. 249-265, doi :10.1016/j.precisioneng.2018.01.002 (2018).

  • (5) - ZENG (Q.), QIN (Y.), CHANG (W.), LUO (X.) -   Correlating and evaluating the functionality-related properties with surface texture parameters and specific characteristics...

NORMES

  • Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : méthode du profil – Termes, définitions et paramètres d'état de surface. - NF EN ISO 4287 - décembre 1998

  • Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : méthode du profil – Termes, définitions et paramètres d'état de surface – Amendement 1 : nombre de pics. - NF EN ISO 4287/A1 - août 2009

  • Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : surfacique – Partie 1 : indication des états de surface. - NF EN ISO 25178-1 - juin 2016

1 Brevets

Procédé d’oxydation électrolytique du cérium et ensemble d’électrolyse pour sa mise en œuvre CA2582058.

Électrolyte for electrochemically polishing metallic surfaces EP1625246A2 (2003).

Method for electropolishing and/or electrochemical deburring of surfaces made from titanium or titanium-containing alloys comprises using an electrolyte made from methane sulfonic acid or one or more alkane diphosphonic acids DE102007011632B3 (2007).

Method for smoothing and polishing metals via ion transport via free solid bodies and solid bodies for performing the method, US 2020/0270762 A1 (2020).

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2 Annuaire

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2.1 Prestataire de sous-traitance en électropolissage

DBP-Mayet,

https://www.acier-inox-dbpmayet.com

STM24

https://stm24.fr

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