Construire sans soutien

30 septembre 2021 | Temps de lecture : 5 min

La construction sans supports ou avec un minimum de supports est un sujet brûlant dans le domaine de la fusion de lits de poudre métallique. La raison en est évidente : La réduction des coûts. Le nombre de supports a une incidence non seulement sur le post-traitement, mais aussi sur le temps de construction et la consommation de matériaux.
 

Un guide pas à pas

Pour structurer l'article, j'utiliserai l'approche Design Thinking. Je voudrais tout d'abord insister sur l'aspect de la conception.

Définir
Afin d'éviter que votre candidature ne bénéficie d'un soutien, nous devons nous interroger sur l'objectif de ce soutien. Les trois raisons d'un soutien sont les suivantes :

• Transfert de chaleur
• Contrainte résiduelle
• Forces de récupération

Transfert de chaleur : En raison de la conductivité thermique réduite de la poudre par rapport au matériau solide, l'apport d'énergie doit être adapté dans les zones en surplomb. Comme je l'ai montré dans l'article précédent, le problème du transfert de chaleur peut être atténué par une stratégie d'exposition DownSkin adaptée et des paramètres de processus optimisés.

Contrainte résiduelle : Étant donné que la fusion sur lit de poudre métallique est typiquement ce que nous appelons un processus froid, les contraintes résiduelles sont le résultat des lois de la physique. Les contraintes se produisent en raison du gradient de température dû à l'apport d'énergie localement concentré, ainsi que de la différence de température entre les couches qui viennent de se solidifier et les couches déjà refroidies situées en dessous d'elles. Le retrait du matériau est également partiellement limité par le matériau précédemment solidifié et peut entraîner des distorsions.

Plutôt que de s'attaquer à la cause des contraintes résiduelles en augmentant la température de fabrication (avec l'inconvénient d'une augmentation de l'absorption d'oxygène) ou en utilisant des stratégies de balayage spéciales (avec des inconvénients sur les propriétés mécaniques ou la productivité), il est plus facile de compenser les effets qui en résultent. Les solutions sont la pré-déformation ou, si possible, des conceptions moins sujettes à la déformation. Vous pouvez voir ci-dessous deux exemples simulés avec Amphyon d'Additive Works : Une plaque plate et un cône renversé. Les deux pièces ont des dimensions similaires (50 mm de diamètre contre 50 x 50 mm). Vous pouvez clairement voir que le cône présente moins de déformation en raison de sa géométrie. Il commence en un point et croît ensuite continuellement dans la direction z. De plus, la forme circulaire dans les couches x-y agit comme un auto-stabilisateur.

Forces du rechapage : Pendant le rechargement, des forces agissent sur la pièce lors de l'épandage de la poudre. Si une pièce n'est pas reliée à la plaque de base, elle sera essuyée par le dispositif de rechargement. En fonction de la géométrie et du processus, ces forces seront plus ou moins importantes. L'utilisation d'un dispositif de recouvrement souple est une option, en particulier pour les pièces filigranes, mais seul un dispositif de recouvrement dur peut garantir une épaisseur de couche constante. C'est l'expérience qui le dit : Si vous pouvez le faire avec une coucheuse dure, vous pouvez facilement le faire avec une coucheuse souple. C'est pourquoi l'essai suivant a été réalisé avec une coucheuse dure (lame HSS).
 

Idée
Les solutions typiques pour réduire l'effet des forces du recouvreur sont par exemple les supports d'étai, qui sont fréquemment utilisés pour les barres de traction hautes afin d'augmenter la stabilité des travaux d'impression en réduisant les vibrations des barres de traction pendant le recouvreur. Si nous développons davantage le concept des supports d'étai, nous pouvons utiliser une coque pour protéger et stabiliser une pièce. Ainsi, aucune connexion à la plaque de base ne serait nécessaire.

Pour commencer par un exemple simple, nous pouvons commencer par les cônes. Un simple booléen avec un jeu de 0,2 mm fournira un espace suffisamment grand pour empêcher la fusion de la pièce et de l'enveloppe.

Prototype
Les cônes ont été construits sur un EOS M 290 en EOS Titanium Ti64 et ont été facilement démontables à la main.

On pourrait arguer que le volume de la coque est plus important que le volume de la pièce. Par conséquent, une optimisation plus poussée est nécessaire pour trouver la configuration la plus avantageuse. Dans un premier temps, il n'est pas nécessaire d'envelopper l'ensemble de la pièce, mais seulement une certaine zone. Le frottement entre la pièce et la coque doit être suffisant pour la maintenir en place, même pour les pièces de grande taille. Une autre idée consiste à empiler les pièces et à utiliser la pièce précédente comme enveloppe pour la pièce suivante.

Test
Passons à une conception plus avancée et incorporons même l'empilage. Puisque la période de Noël approche, que diriez-vous d'un sapin de Noël conçu avec Siemens NX et agrémenté de nTopology ? En le retournant, l'arbre est autoportant et le tronc peut servir de coquille à l'arbre suivant. Vous pouvez voir un petit chevauchement de 0,1 mm dans la direction x-y entre le treillis et les parties solides afin d'assurer une bonne connexion.

Pour les experts de nTopology : Non, je n'ai pas exporté le treillis en tant que maillage, c'est juste pour les images.

Mise en œuvre
Mon article couvrait les cinq premières étapes, de l'empathie au test, mais Additive Minds peut également vous aider dans la mise en œuvre. Il existe déjà de très bons exemples qui n'utilisent qu'une aide minimale ou pas d'aide du tout.