Qualification des matériaux
pour Laser Powder Bed Fusion
Qualification des matériaux
La qualification la plus rapide au monde
Forts d'une expérience de plus de 100 ans dans le traitement de plus de 400 matériaux différents pour la fabrication de pièces forgées, nous connaissons les défis importants que doivent relever nos clients finaux en matière de propriétés de matériaux spécifiques à l'application.
Chez Rosswag Engineering, nous nous sommes donc fixé pour objectif de combler le fossé entre l'impression 3D métallique et les procédés de fabrication conventionnels. Des dizaines de projets industriels et de recherche travaillent actuellement à la qualification de nouveaux matériaux. Nous pouvons proposer à nos clients des alliages connus, comme l'acier de traitement 42CrMo4, ou des matériaux nouvellement développés, comme l'acier à outils maraging à haute résistance Specialis®, pour la fabrication de pièces en fonction de l'application.
Comparaison des matériaux prêts à être produits en série
Le nombre de matériaux disponibles et qualifiés pour l'impression 3D métallique industrielle est relativement faible. Pour poursuivre l'industrialisation de cette technologie, le marché a toutefois besoin d'un plus grand choix de matériaux, afin de permettre à davantage d'applications de bénéficier de la valeur ajoutée fonctionnelle apportée par les procédés de fabrication additive, et ce dans tous les secteurs industriels.
Qualification des matériaux
Niveau de préparation technologique
La classification selon le Technology Readiness Level (TRL) aide à décrire de manière transparente le statut de qualification d'un matériau dans la communication. La qualification initiale, les premiers résultats de polissage et les propriétés mécaniques permettent de démontrer l'aptitude de principe à la transformation du matériau et d'atteindre le TRL 3. À partir de là, la qualification peut être poursuivie dans les deux phases suivantes jusqu'à la production en série. Dans les TRL 4 à 6 "Prototyping and Validation", on procède à des optimisations et validations spécifiques à l'application de la chaîne de processus visée. Dans la dernière phase "Serial Production", le matériau et le processus sont finalement optimisés pour des applications en série ultérieures à l'aide de statistiques complètes et des certifications spécifiques à l'application peuvent être entreprises pour le matériau, le processus et la conception du composant.
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Qualification initiale
Pour les entreprises, l'obstacle à la qualification de nouveaux matériaux pour la fabrication additive est généralement très élevé. La poudre de métal doit d'abord être produite dans la qualité requise par un sous-traitant. Ensuite, un autre partenaire est nécessaire pour traiter le matériau sur une installation LPBF et identifier les paramètres de processus et de machine appropriés. Souvent, les échantillons et les corps d'essai sont encore analysés et testés par un troisième partenaire. Les innombrables interfaces entraînent alors un risque financier élevé et un projet de développement de longue haleine sans structure ni objectif clairs.
Chez Rosswag Engineering, la chaîne de processus interne et globale permet, en moins de quatre semaines, d'atomiser un nouveau matériau en poudre métallique, de réaliser des études paramétriques LPBF et de déterminer ensuite en laboratoire les résultats initiaux concernant la microstructure et les propriétés mécaniques. Selon le Technology Readiness Level (TRL) développé par la NASA, on se situe, avec la qualification initiale, dans le domaine de la preuve de l'aptitude fonctionnelle (niveau 3).
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Validation & prototypage
Après avoir démontré l'aptitude de principe du matériau à être traité, l'ensemble du processus est optimisé en fonction des exigences spécifiques des applications finales possibles. L'accent est mis d'une part sur le post-processing, du traitement thermique à l'usinage par enlèvement de copeaux jusqu'à la finition de surface appropriée. D'autre part, les premiers prototypes et corps d'essai sont contrôlés par des séries de tests plus poussés en ce qui concerne les exigences spécifiques à l'application.
La transférabilité à d'autres installations LPBF est également un élément important dans le domaine du Technology Readiness Level 4-6. L'objectif est de pouvoir traiter la poudre métallique spécifiée indépendamment de la machine sur des systèmes de fabrication comparables en transférant les principaux paramètres de la machine et en effectuant ensuite un réglage fin en fonction des caractéristiques du système.
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Fabrication en série
Un matériau et un processus de fabrication prêts pour la production en série constituent le grand objectif à la fin de chaque qualification - et pourtant, ce n'est que le début. L'objectif principal devrait être la mise en place d'une chaîne de processus AM spécifique aux composants. La question de savoir si la fabrication en série doit continuer à être traitée par des prestataires de services tels que Rosswag Engineering ou si le client souhaite intégrer lui-même la fabrication additive en tant que technologie clé dans sa propre entreprise est décidée en fonction des besoins du client et de l'application. Rosswag soutient également ses clients dans le transfert de savoir-faire.
D'autres éléments permettant d'atteindre le TRL 9 sont des certifications spécifiques à l'application ou à l'ensemble du processus. Celles-ci sont nécessaires, par exemple, pour les éléments porteurs de pression et peuvent être réalisées en collaboration avec notre partenaire TÜV Süd. Enfin, Rosswag Engineering qualifie également des modèles de matériaux pour la simulation du processus de fabrication additive via le logiciel ANSYS à l'aide de données obtenues expérimentalement. Il est ainsi possible de représenter par simulation l'ensemble de la chaîne de processus, de la conception des composants au traitement thermique en passant par l'optimisation des paramètres LPBF. Nous nous rapprochons ainsi chaque jour un peu plus de la vision du "jumeau numérique".
