Quel est le volume de fabrication typique du SLS métal et comment gérer les grandes pièces ?
Du point de vue de l’ingénierie de la fabrication, le volume de construction du SLS métallique (également appelé DMLS ou LPBF) est un facteur clé pour déterminer la faisabilité de produire de grandes pièces en une seule étape. Bien que les machines standard offrent déjà des volumes considérables, l’industrie a développé des méthodologies robustes pour gérer les composants dépassant ces dimensions.
Volumes de construction typiques en SLS métallique
Le volume de construction des systèmes industriels de SLS métallique n’est pas standardisé, mais se situe dans des plages courantes. La plupart des machines de production de fabricants comme EOS, SLM Solutions et 3D Systems offrent des volumes de fabrication approximatifs :
Gamme industrielle standard : Environ 250 mm x 250 mm x 325 mm à 400 mm x 400 mm x 400 mm (10" x 10" x 13" à 15,7" x 15,7" x 15,7"). Ces dimensions conviennent à la grande majorité des composants utilisés dans les secteurs de l’aéronautique (supports, buses) et des dispositifs médicaux (implants).
Systèmes grand format : Pour les applications plus exigeantes, des machines grand format sont disponibles. Les systèmes de fabricants tels que Velo3D, SLM Solutions et GE Additive peuvent offrir des volumes allant jusqu’à 600 mm x 600 mm x 600 mm voire 800 mm x 400 mm x 500 mm. Ces équipements sont utilisés pour les composants structurels de grande taille, les carters de turbine et les éléments massifs de machines industrielles.
Stratégies pour la fabrication de pièces plus grandes
Lorsque les dimensions d’une pièce dépassent le volume disponible de la chambre de fabrication, plusieurs stratégies d’ingénierie sont employées :
Segmentation de la pièce (la plus courante) : Le composant est divisé intelligemment en plusieurs segments adaptés au volume de la machine. Ce n’est pas une simple découpe : cela exige une conception minutieuse des zones d’assemblage.
Caractéristiques d’assemblage intégrées : Les segments sont conçus avec des éléments d’emboîtement, des brides ou des géométries de type languette et rainure pour garantir un alignement précis.
Assemblage post-traitement : Les segments sont assemblés après impression et post-traitement par des méthodes à haute intégrité. La technique privilégiée est souvent le soudage (notamment TIG ou par faisceau d’électrons), qui crée une structure monolithique, ou le brasage sous vide pour certains alliages. Pour des jonctions démontables ou inspectables, des fixations mécaniques peuvent être utilisées grâce à des motifs de boulonnage intégrés.
Fabrication hybride : Dans cette approche, une grande base simple est produite par une méthode conventionnelle telle que l’usinage CNC ou la fonderie. Les parties complexes et optimisées topologiquement sont ensuite construites sur cette base par procédé SLS métallique. C’est une méthode très efficace pour ajouter des canaux de refroidissement complexes ou des structures allégées sur une pièce de grande dimension.
Optimisation de la conception pour le volume utile : Souvent, la pièce peut être orientée en diagonale dans la chambre de fabrication pour maximiser la longueur imprimable d’une dimension. La conception elle-même peut également être optimisée afin de réduire son empreinte tout en préservant sa fonctionnalité.
Considérations d’ingénierie pour les grandes pièces
Gestion des contraintes : Les grandes pièces subissent d’importantes contraintes thermiques résiduelles pendant la fabrication. Cela nécessite un développement précis des paramètres et peut requérir un traitement thermique de détente alors que la pièce est encore sur la plaque de construction pour éviter la déformation ou la fissuration.
Structures de support : Les grandes surfaces planes sont sujettes au gauchissement. Des structures de support étendues et robustes sont nécessaires, ce qui augmente la consommation de matière, le temps d’impression et le travail de post-traitement pour leur retrait.
Gestion de la poudre : Les grandes fabrications consomment une quantité importante de poudre métallique coûteuse. Le coût et la manipulation de cette poudre — y compris le tamisage et le recyclage — deviennent des facteurs critiques.
Défis de post-traitement : La manipulation, le sablage et le traitement thermique de très grandes pièces nécessitent des équipements industriels de grande capacité, tels que des fours surdimensionnés pour le pressage isostatique à chaud (HIP).
En résumé, bien que le volume de construction typique du SLS métallique suffise à de nombreuses applications, la technologie ne s’y limite pas. Grâce à la segmentation stratégique, aux approches hybrides et à des équipements grand format spécialisés, l’industrie est capable de produire avec succès de très grands composants métalliques complexes tout en tirant parti de la liberté de conception offerte par la fabrication additive.
