Le SLS métal peut-il créer des cavités internes et comment retirer la poudre ?
Du point de vue de l’ingénierie de la fabrication, la capacité à produire des pièces complexes avec des cavités internes est l’un des avantages les plus importants du frittage sélectif laser métallique (SLS), également connu sous le nom de frittage laser direct de métal (DMLS) ou de fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Cette capacité le distingue fondamentalement des méthodes soustractives traditionnelles et même de nombreux autres procédés de fabrication.
Une capacité de complexité sans précédent
Oui, le SLS métallique est particulièrement adapté à la création de pièces comportant des cavités internes complexes. Le procédé construit les composants couche par couche, en fusionnant la poudre métallique à l’aide d’un laser. La poudre non frittée environnante soutient naturellement la pièce pendant la fabrication, permettant ainsi de produire des caractéristiques complexes telles que des canaux internes, des structures en nid d’abeilles, des contre-dépouilles et des structures creuses qui seraient impossibles à usiner ou à couler en une seule opération. Cette caractéristique est inestimable pour les applications nécessitant :
Canaux de refroidissement conformes : Dans les moules d’injection ou de fonderie, l’impression 3D DMLS peut créer des canaux de refroidissement qui suivent parfaitement la forme de la cavité du moule, réduisant considérablement les temps de cycle et améliorant la qualité des pièces.
Allègement : Les structures internes en treillis dans les composants aérospatiaux et aéronautiques permettent de réduire le poids tout en maintenant la rigidité structurelle.
Optimisation de l’écoulement des fluides : Des collecteurs internes et des buses complexes avec des canaux optimisés pour les flux de carburant, d’air ou de fluide hydraulique dans les systèmes automobiles et de production d’énergie.
Le processus critique d’élimination de la poudre
Si la poudre non frittée permet cette complexité, son élimination constitue une étape cruciale et souvent délicate du post-traitement. La stratégie d’évacuation de la poudre doit être prise en compte dès la phase de conception.
Conception pour l’évacuation de la poudre : Le facteur le plus important est l’intégration de trous d’évacuation de la poudre dès la conception. Les cavités internes doivent être reliées à la surface extérieure par des ouvertures suffisamment grandes pour permettre à la poudre de s’écouler. La taille et l’emplacement de ces trous sont essentiels : ils doivent être situés stratégiquement aux points bas et aux intersections pour faciliter l’évacuation complète.
Dépoudrage initial : Une fois la fabrication terminée et la pièce retirée de la plaque de construction, la poudre en vrac est retirée manuellement. Cela se fait généralement dans une station dédiée équipée d’outils tels que brosses, pics et air comprimé. Pour les pièces complexes, cette étape initiale peut être longue et demande une grande attention pour ne pas endommager les caractéristiques internes délicates.
Méthodes avancées d’élimination de la poudre : Pour les réseaux internes complexes où la poudre peut rester piégée, des méthodes plus avancées sont utilisées :
Nettoyage ultrasonique : La pièce est immergée dans un solvant ou une solution de nettoyage et soumise à des vibrations ultrasoniques. Les ondes sonores de haute fréquence créent des bulles de cavitation qui agitent et délogent la poudre piégée des surfaces internes. C’est une méthode standard et très efficace.
Tribofinition vibratoire : Pour certaines pièces, un polissage vibratoire doux avec des médias spécialisés peut aider à détacher la poudre résiduelle, bien que cette méthode soit plus couramment utilisée pour l’ébavurage et la finition de surface des pièces plus dures.
Méthodes plus agressives : Dans certains cas, des techniques comme le sablage ou l’électropolissage peuvent être employés, mais ces procédés sont généralement réservés à la finition de surface finale plutôt qu’à l’élimination de la poudre en volume.
Vérification : Garantir une élimination complète de la poudre est essentiel, notamment pour les composants tels que les collecteurs de fluides. Des techniques comme l’inspection par endoscope ou même la tomographie par rayons X (CT) peuvent être utilisées pour vérifier que les canaux internes sont entièrement dégagés.
Directives d’ingénierie et limites
Taille et accessibilité des trous : Il existe une limite pratique à la taille minimale des trous d’évacuation. Des trous trop fins risquent de se boucher et d’empêcher un écoulement libre de la poudre. Il est donc toujours recommandé de concevoir avec les plus grands trous possibles.
Risque de poudre piégée : Malgré les précautions, une conception inadéquate des cavités internes avec des volumes isolés ou des canaux longs et sinueux peut entraîner un piégeage permanent de la poudre. Cela peut augmenter la masse, modifier les propriétés thermiques ou causer des contaminations lors de l’utilisation.
Intégration du post-traitement : L’élimination de la poudre n’est qu’une étape. Ces pièces nécessitent souvent un traitement thermique pour le soulagement des contraintes et l’amélioration des propriétés, et les surfaces critiques doivent être finies par usinage CNC pour atteindre les tolérances requises.
En résumé, le SLS métallique est inégalé dans sa capacité à fabriquer des pièces présentant des géométries internes complexes. Cependant, cette capacité dépend d’une approche de conception orientée fabrication (DFM) qui accorde une priorité à l’évacuation de la poudre, ainsi que d’un flux de post-traitement rigoureux garantissant que les cavités internes soient propres et prêtes à remplir leur fonction prévue.
