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Fabrication additive en aéronautique et en spatial

Article de référence | Réf : BM7945 v1

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Fabrication additive - Optimisation par refroidissement conforme des moules d'injection

Auteur(s) : Stéphane GARABEDIAN, Thomas JOFFRE

Date de publication : 10 mai 2021

Relu et validé le 25 juin 2021

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Apport de la fabrication additive à l’intensification des procédés

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Fabrication additive – Impression 3D (45 articles en ce moment)

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RÉSUMÉ

Utilisée dans la fabrication de moules d'injection de polymères, la fabrication additive métallique 3D permet de réaliser des inserts qui améliorent le rendement du refroidissement de la pièce injectée. En rendant possible la fabrication d'un réseau complexe de canaux de refroidissement situés au plus près de la surface moulante, cette technologie matérialise le concept dit de refroidissement conforme. Cet article détaille les différentes étapes de la conception-réalisation d'une telle pièce, la clé de l'optimisation étant la prise en compte de toutes les particularités de chaque étape du procédé ; il s'appuie sur des exemples industriels réels pour illustrer l'efficience de cette approche.

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ABSTRACT

Additive Manufacturing. Optimization of Injection Molds by Conformal Cooling

When used to manufacture injection molding tools parts or inserts, additive metal manufacturing enables the creation, within the insert core, of complex cooling channels that closely map the mold cavity surface, allowing for an optimized cooling rate of the injected plastic part. This leads to an embodiment of the so called “Conformal Cooling” concept. This article reviews the different steps one has to go through when designing the machining process, and details how each step has to be calibrated to match the final cooling optimization goal with the specific additive 3D manufacturing features. The conformal cooling advantages are demonstrated through real industrial case studies.

Auteur(s)

Stéphane GARABEDIAN : Chef de projet fabrication additive - Centre technique industriel de la plasturgie et des composites (CT-IPC), Oyonnax, France
Thomas JOFFRE : Responsable programme fabrication additive/usine du futur - Centre technique industriel de la plasturgie et des composites (CT-IPC), Oyonnax, France

INTRODUCTION

Les procédés de fabrication additive métallique offrent une liberté de conception et de réalisation plus importante qu’avec les procédés traditionnels, ce qui permet de fabriquer des pièces de formes très complexes, avec des gains de poids déterminants pour certaines applications, par exemple dans les secteurs aéronautique et médical. Toutefois, leur intérêt ne s'arrête pas à ces seules applications : la fabrication additive métallique peut être avantageusement utilisée dans la réalisation d'outillages – ou de parties d'outillages – de moules d’injection de polymères : les empreintes ou les inserts. L’intérêt de réaliser une empreinte de moule d’injection en fabrication additive métal ne réside pas dans la réalisation de surfaces moulantes : n’étant pas assez précises, toutes les surfaces en contact avec la pièce injectée en matière plastique devront être reprises en usinage. Le point clé qui a permis à l’impression 3D de s’imposer dans le secteur de l’outillage est la création des canaux de refroidissement complexes à l’intérieur du moule. On parle de Conformal Cooling ou de refroidissement conforme : les canaux permettent de se rapprocher au mieux de la surface moulante et donc d’optimiser et homogénéiser le refroidissement de la pièce plastique injectée dans le moule. L’optimisation du refroidissement permet de réduire le temps de cycle de l’injection et donc d’augmenter la productivité d’un moule. L’homogénéisation permet quant à elle d’obtenir une meilleure qualité de pièce et ainsi d’éviter certains défauts d’injection comme les lignes de soudure, les retassures ou la déformation de la pièce au démoulage.

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MOTS-CLÉS

fusion laser | canaux de refroidissement | surface moulante | acier maraging

KEYWORDS

power bed fusion | cooling channels | mold cavity surface | maraging steel

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - AGAZZI (A.), SOBOTKA (V.), LE GOFF (R.), GARCIA (D.), JARNY (Y.) - A methodology for the design of effective cooling system in injection moulding. - International journal of material forming, 3(1), p. 13-16 (2010).
(2) - YIN (S.), CHEN (C.), YAN (X.), FENG (X.), JENKINS (R.), O'REILLY (P.), LUPOI (R.) - The influence of aging temperature and aging time on the mechanical and tribological properties of selective laser melted maraging 18Ni-300 steel. - Additive Manufacturing, 22, p. 592-600 (2018).
(3) - HAN (S.), SALVATORE (F.), RECH (J.), BAJOLET (J.) - Abrasive flow machining (AFM) finishing of conformal cooling channels created by selective laser melting (SLM). - Precision Engineering, 64, p. 20-23 (2020).
(4) - GALANTUCCI (L.M.), DASSISTI (M.), LAVECCHIA (F.), PERCOCO (G.) - Improvement of fused deposition modelled surfaces through milling and physical vapor deposition. - In 1st Workshop on the State of the Art and Challenges of Research Efforts at POLIBA, vol. 1, p. 87-92 (2014).
(5) - Van BELLE (L.), VANSTEENKISTE (G.), BOYER (J.C.) - Investigation...

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1. 1.1 Constructeurs de machines de fusion laser (liste non exhaustive)
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3D Systems (ex Phenix Systems)

http://www.phenix-systems.com/

Addup

https://www.addupsolutions.com/

Concept Laser

http://www.concept-laser.de/

EOS

http://www.eos.info/

Renishaw

http://www.renishaw.fr/

SLM Solutions

http://www.stage.slm-solutions.com/

HAUT DE PAGE

1.2 Fournisseur matériaux pour outillage (liste non exhaustive)

VBN

https://vbncomponents.se

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