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#Tendances produits
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Assurance de la qualité des composants fabriqués de manière additive
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Nouvelle technologie de fabrication Micro Laser Sintering
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Les procédés de fabrication additive, également appelés impression 3D, fabrication additive ou fabrication générative, offrent une liberté de conception impressionnante. Ici, de nombreuses couches de matériaux fins sont superposées sur la base de données tridimensionnelles.
Utilisée à l'origine principalement dans le domaine des matières plastiques, la fabrication additive gagne de plus en plus en importance dans le secteur des métaux. Ce procédé de fabrication peut être utilisé de manière rentable, notamment pour les petites quantités, car contrairement aux pièces moulées, par exemple, il n'y a pas de frais d'outillage. Les processus complexes tels que l'usinage, par exemple le fraisage, sont largement éliminés. Cela présente un grand intérêt pour la construction de prototypes, également appelée "prototypage rapide". Ici, la création d'un prototype ne prend souvent que quelques heures. Cela peut constituer un avantage concurrentiel décisif dans le contexte de délais de réalisation de projets de plus en plus courts. Cependant, il est d'autant plus important de garantir la qualité des pièces fabriquées par des tests appropriés sur les matériaux.
Le microfrittage laser - une forme particulière de fabrication additive
La société 3D MicroPrint GmbH fabrique de petits composants métalliques de haute qualité et effectue des tests pour examiner les caractéristiques mécaniques, telles que la résistance à la traction, la limite d'élasticité et l'allongement à la rupture. 3D MicroPrint GmbH s'est spécialisée dans la production de microcomposants et utilise le procédé dit de "microfrittage laser". En principe, ce procédé de fabrication est intéressant pour toutes les industries, mais surtout pour la technologie médicale, l'aérospatiale, l'industrie des semi-conducteurs, la technologie des capteurs, la filtration et la technologie des flux. Contrairement au moulage traditionnel, par exemple, il s'agit d'une technologie de fabrication relativement nouvelle qui est utilisée dans l'environnement industriel depuis 10 ans. L'objectif est d'établir cette technologie aux côtés des technologies de moulage existantes sur le marché de série et de masse.
Le modèle, qui est conçu en 3D sur l'ordinateur, est produit à l'aide du procédé de coulée de poudre. Dans ce procédé, le matériau en poudre d'une pièce est appliqué couche par couche et solidifié. Dans le cas du frittage par micro-laser, le matériau est fondu par laser de manière structurée et est ainsi collé couche par couche. Ce procédé ne nécessite aucun outil supplémentaire et s'effectue par échange de données numériques.
La principale caractéristique du micro-frittage laser est, entre autres, de créer des épaisseurs de paroi inférieures à 100 µm avec une densité de matériau supérieure à 99 % tout en conservant la précision dimensionnelle et les propriétés complètes du matériau. Grâce à une spécification interne de la poudre et à la technologie de microfrittage laser correspondante, ces exigences du marché peuvent être satisfaites et, dans certains cas, même dépassées. Grâce à ces hautes résolutions des géométries des composants et au processus de -(Metal Injection Moulding), il est possible d'atteindre des normes de qualité identiques, voire supérieures.
En particulier en ce qui concerne la rugosité de surface, des valeurs Rz inférieures à 10-25 µm sont atteintes avec des densités élevées simultanées de plus de 99,5 %. Des quantités de composants de plusieurs milliers de pièces sont ainsi disponibles en quelques jours ou semaines, tout en offrant une flexibilité totale dans la conception des composants.
Afin de garantir ces propriétés pour des secteurs industriels tels que la technologie médicale, d'une part les exigences des clients sont vérifiées selon la certification interne ISO 9001:2015 et celles-ci sont déjà traitées et documentées selon les exigences de la norme ISO 13489 (norme spécifique à la sécurité).
Pour l'essai de traction sur les matériaux métalliques selon la norme DIN EN ISO 6892, les formes d'éprouvettes selon la norme DIN 50125 s'avèrent être une bonne base, mais elles nécessitent un examen attentif. En particulier, les rayons et les transitions entre la tête de l'éprouvette et la taille de l'éprouvette ne peuvent souvent pas être utilisés de la manière habituelle. Bien qu'elles puissent être fabriquées sans problème, les transitions courtes et pointues, comme dans les spécimens de filetage ou d'épaulement, conduisent à une contrainte excessive locale et à une rupture correspondante à ces points - les essais de traction avec cette position de rupture seraient tous invalides. Selon le processus de fabrication, la surface doit être retravaillée et ne peut être testée "telle quelle". D'autres limitations dans le choix de la forme de l'éprouvette apparaissent surtout avec les procédés de fabrication coûteux et de haute précision, car les éprouvettes doivent être aussi courtes que possible. La taille des mâchoires classiques, telles que les mâchoires cunéiformes ou les mâchoires à vis, ne peut être réduite qu'au prix d'un effort considérable. Les dispositifs d'ajustement de forme, mais sans filetage, sont beaucoup plus simples. Les éprouvettes de traction plates ou rondes avec un épaulement comme contre-palier sont faciles à fabriquer et à tester.
Lors de la miniaturisation des éprouvettes et, par conséquent, du montage d'essai, divers facteurs d'influence doivent être pris en compte. L'un des défis à relever est la précision et l'axialité du serrage de l'éprouvette et de l'application de la force. Cela signifie, par exemple, que le dispositif d'ajustement de la forme doit être fabriqué dans une fenêtre de tolérance étroite et doit offrir la possibilité d'un auto-alignement.
En outre, l'axe d'application de la force, qui concerne la cellule de charge ainsi que le serrage supérieur et inférieur, doit être précisément aligné axialement l'un par rapport à l'autre de manière unidirectionnelle. Des écarts de l'ordre du µm peuvent déjà entraîner l'introduction de forces transversales et fausser le résultat. Il est également nécessaire que la construction mécanique de la machine d'essai soit optimisée de manière à ce que, lors du déplacement de la traverse mobile, cette axialité ne soit pas altérée sur toute la course d'essai.
La détermination des paramètres de déformation constitue un défi supplémentaire de la réduction de la tâche d'essai.
En principe, l'allongement est défini comme l'augmentation de la longueur initiale de la jauge à un moment donné, exprimée en pourcentage.
Cet allongement peut être déterminé conventionnellement par le système de mesure de la course de la machine d'essai ou par un dispositif spécial de mesure de l'allongement, également appelé extensomètre.
La détermination de l'allongement sur la base du canal de déplacement de la machine d'essai est toujours soumise à diverses variables d'influence. En particulier, la rigidité de l'installation d'essai, à laquelle s'ajoutent le cadre de charge, la cellule de charge, l'adaptation des composants ainsi que la contribution au serrage de l'échantillon, est importante et peut entraîner une erreur de mesure considérable.
Par conséquent, la détermination de la déformation de l'éprouvette au moyen d'un extensomètre est recommandée. La norme ISO6892-1 parle explicitement de la déformation de l'extensomètre. Cela s'applique en particulier lorsqu'il s'agit de déterminer des résultats pour lesquels de petites déformations sont requises, comme pour la détermination du module d'élasticité.
Dans les essais de traction sur des composants fabriqués de manière additive, des longueurs d'échantillon inférieures à 10 mm ne sont pas rares en raison des coûts de matériaux et de fabrication. Cela rend l'utilisation de systèmes de mesure tactile presque impossible ou extrêmement coûteuse.
Les méthodes de mesure optiques peuvent être utilisées dans ce domaine d'application. Les extensomètres laser et les extensomètres vidéo équipés de lentilles télécentriques ou semi-télécentriques spéciales permettent de déterminer l'allongement des échantillons conformément à la classe 1 de la norme ISO 9513 pour les plus petites longueurs initiales.
En plus des "machines d'essai universelles standard", la société Hegewald & Peschke a développé des micro-machines d'essai pour les essais de traction statiques sur des spécimens miniatures ainsi que pour les tâches d'essai cycliques. La machine d'essai miniature inspekt micro S500, par exemple, est équipée d'un système de mesure de déplacement d'une résolution de 5nm et permet de réaliser des essais de traction, de compression, de flexion et de pelage sur des matériaux et des composants frittés au laser jusqu'à 500N.
En raison de ces exigences élevées, le service d'assurance qualité de 3D Micro Print GmbH travaille depuis un certain temps avec Hegewald & Peschke Meß- und Prüftechnik GmbH. Grâce à ses nombreuses années d'expérience dans le domaine des micro-tests et des techniques de mesure, Hegewald & Peschke est un partenaire expérimenté et fiable dans le domaine des techniques de contrôle des processus de fabrication additive.