"La complexité est gratuite" est un dicton courant dans la fabrication additive (AM). L'idée est que le coût de fabrication d'une pièce AM reste à peu près constant à mesure que vous augmentez sa complexité géométrique, contrairement aux méthodologies de fabrication conventionnelles (moulage, forgeage, fraisage, etc.) pour lesquelles le coût des fonctionnalités intégrées ajoutées a tendance à augmenter de façon exponentielle. Le concept de complexité fiable et à faible coût suscite beaucoup d'intérêt et peut signifier différentes choses pour différentes disciplines lorsqu'on parle de FA.
Pour les innovateurs, il évoque la promesse de la liberté - l'affranchissement des contraintes de la fabrication traditionnelle - et la possibilité de se concentrer uniquement sur les performances des pièces. Des pièces incroyablement complexes qui n'existent peut-être que dans l'imagination des ingénieurs peuvent désormais être fabriquées en quelques jours au lieu de plusieurs mois ou années, ce qui représente un énorme changement de paradigme dans les cycles de conception et les délais.
Pour les fabricants de pièces traditionnels, le dicton évoque la promesse d'une révolution de la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Certains composants standard sont constitués de milliers de pièces produites à divers endroits avant l'assemblage. Pour diverses raisons (par exemple, l'usure), les composants sur le terrain doivent régulièrement être remplacés ou mis à niveau. Le faire en temps opportun est un formidable défi d'outillage, de stockage et d'expédition qui nécessite une accumulation précoce de pièces inventoriées. Avec la FA, cependant, les fichiers de pièces (c'est-à-dire les modèles numériques) peuvent être stockés dans des entrepôts numériques, sans avoir besoin d'un inventaire physique coûteux, et utilisés pour la production juste à temps, ou avec seulement un court décalage, selon les besoins.
Malheureusement, la plupart des technologies AM métalliques conventionnelles ne tiennent pas ces deux promesses.
Avec la prolifération des technologies de fabrication additive métallique, les innovateurs et les producteurs de pièces héritées ont maintenant réalisé qu'ils avaient échangé un ensemble de contraintes de conception contre un autre.
Essayer d'imprimer la plupart des pièces "telles quelles" peut entraîner une pièce inacceptable - mauvaise précision dimensionnelle, non-respect des propriétés mécaniques requises, défauts visibles, etc. - ou pire, provoquer une erreur d'impression catastrophique qui pourrait gaspiller du matériel coûteux ou même endommager imprimante.
Ainsi, une impression réussie nécessite souvent qu'un utilisateur expert utilise les directives de « conception pour la fabrication additive » (DfAM), c'est-à-dire qu'il re-concevoir la pièce pour s'adapter à un large éventail de limitations qui sont courantes dans la fabrication additive. De plus, cela nécessite souvent un réglage fin des paramètres d'impression pour une pièce particulière et une imprimante particulière.
Les trois limitations typiques des imprimantes AM métalliques conventionnelles sont les caractéristiques en porte-à-faux, les contraintes résiduelles et les parois minces.
Les caractéristiques de porte-à-faux non prises en charge peuvent avoir un effet dévastateur sur la fabricabilité et les performances d'une pièce métallique imprimée en 3D. Si l'angle entre la surface de la pièce et le plan horizontal tombe en dessous d'environ 45 degrés, le résultat sera une pièce déformée ou même un échec d'impression catastrophique.
Les utilisateurs de systèmes AM conventionnels sont invités à orienter leur pièce de manière à minimiser ces régions à faible angle et à ajouter des supports aux autres. Après l'impression, le retrait de ces supports peut être d'un coût prohibitif et, dans de nombreux cas, même impossible (par exemple, une surface supportée à l'intérieur d'une roue carénée).
La fusion et le refroidissement du métal à différentes températures et échelles de temps peuvent entraîner l'accumulation de contraintes résiduelles dans une pièce. Cette accumulation de contraintes peut déformer ou fissurer la pièce, voire la plaque de construction. Il est généralement demandé aux utilisateurs d'éviter les grandes zones de fusion ininterrompue et/ou de prescrire des modèles de hachures laser. Les parois minces doivent généralement être épaissies, encore plus lorsqu'elles sont inclinées.
Comme alternative, une solution AM de bout en bout peut surmonter le besoin de compromis DfAM avec une combinaison de logiciels, de matériel et de contrôles guidés par capteur qui sont étroitement intégrés dans un flux de production unique. Du début à la fin, les processus tels que la préparation de l'impression, le dépôt de poudre, le motif laser et bien d'autres sont personnalisés pour chaque caractéristique géométrique d'une conception. Les contrôles surveillent la physique sous-jacente de chaque processus pour équilibrer les mesures telles que la vitesse d'impression, les contraintes résiduelles, la précision dimensionnelle et la qualité de surface.
Ce type de solution avancée peut être utilisé « prêt à l'emploi » même par des non-experts. Il vous suffit d'importer le modèle CAO natif de votre pièce dans le logiciel de configuration de la machine AM, sans aucune reconception nécessaire, et il génère automatiquement un fichier d'instructions de production (laser) pour ce système. Ces instructions peuvent également être envoyées à n'importe quelle imprimante compatible, n'importe où dans le monde, avec la certitude que le résultat sera identique.
Une automatisation aussi poussée permet néanmoins une certaine flexibilité. Si l'utilisateur souhaite une caractéristique qui s'écarte de la valeur par défaut sur une région d'une pièce (pour identifier les compromis entre la vitesse d'impression, la qualité de surface ou la précision dimensionnelle, par exemple), il peut concrétiser cette intention grâce à une variété d'options de sélection. Comme la préparation de l'impression peut être une procédure intensive en calcul pour certaines des pièces les plus complexes, un travail disponibleflow permet le déchargement vers le cloud ou un cluster local. Une fois le tirage terminé, les utilisateurs peuvent inspecter le résultat couche par couche. Une attention particulière est également accordée à l'équilibrage de la charge de travail sur plusieurs lasers afin de maximiser la vitesse d'impression, tout en évitant toute interférence indésirable entre les lasers actifs simultanément.
La promesse de la FA métallique d'apporter de l'innovation, sans les compromis de la DfAM, est enfin réalisée par les systèmes 3D plus avancés qui sont désormais disponibles. Les concepteurs de produits, les ingénieurs et les responsables de la chaîne d'approvisionnement sont désormais libres d'aller au-delà des limites de ce que les technologies conventionnelles ont offert et de réaliser leurs ambitions en utilisant les solutions AM entièrement intégrées d'aujourd'hui.
Auteurs:
Victorien Menier : Ingénieur logiciel senior – Velo3D
Pieter Coulier : Ingénieur logiciel principal – Velo3D
