Newsletter N°5 - Clad, une nouvelle façon de voir la fabrication de pièces métalliques

Clad, une nouvelle façon de voir la fabrication de pièces métalliques

Publié le mercredi 22 octobre 2008 |

La lime à épaissir existe ! C'est l'Irepa Laser, le centre technique dédié aux procédés laser, qui l'a inventé. Son nom : CLAD, pour Construction laser additive directe. Sur la dernière édition du salon Micronora, à Besançon, le centre réalisait par ce procédé un peu magique des petits papillons en ajoutant du métal à une petite base circulaire, devant des visiteurs plus que surpris.

Le principe est très simple. « Il s'agit de déposer des couches successives de métal en fusion sur un substrat pour générer un profil en trois dimensions », explique Didier Boisselier, responsable technique du centre alsacien. Pour cela, l'Irépa utilise une buse spéciale, constituée de plusieurs cônes coaxiaux, dans laquelle sont injectées de fines particules de métal, transportées par un gaz. Le laser, un petit modèle de 200 Watts (un laser fibre) traverse un système optique puis traverse la buse. Il fond alors la poudre et échauffe le matériau, provoquant la fusion des deux matières en jeu. Il « suffit » de diriger la buse de façon adéquate et, bien sûr, d'ajuster certains paramètres afin de maîtriser le taux de dépôt et la dilution de métal dans le gaz, pour accumuler des couches homogènes et créer des murs, des volumes, des profils... bref obtenir une pièce métallique en trois dimensions.

Une parenté directe avec le rechargement métallique

Le rayon laser traverse la buse et fond la poudre injectée, qui arrive sur la pièce à l'état fonduLe rayon laser traverse la buse et fond la poudre injectée, qui arrive sur la pièce à l'état fonduCe procédé très particulier trouve son origine dans les années 80, avec les recherches de l'Irepa Laser sur le rechargement laser, autrement dit la dépose localisée de métal sur une pièce, afin de lui apporter de nouvelles propriétés de surface. « En 1995, nous avons breveté une buse de projection de poudre métallique fondue par un laser », raconte Didier Boisselier. Cette buse est désormais utilisée dans l'industrie, notamment par des sous-traitants de Caterpillar pour la réparation d'axes montés sur des machines de TP.

La seconde étape a démarré en 2003, avec le lancement du projet européen Ramati (Rapid manufacturing Of Titanium implants). La mission d'Irépa au sein du projet consistait à construire de petits éléments métalliques pour réaliser des prothèses dentaires. « Les implants sont des pièces unitaires. Il fallait donc utiliser un procédé rapide et aboutissant à la pièce en une seule étape », raconte le responsable technique. Avec l'aide d'un thésard, le centre s'est donc lancé dans le développement d'une nouvelle buse en partant de son modèle breveté. Objectif : « minimiser le diamètre du jet de poudre pour réduire les dimensions du dépôt de poudre », explique Didier Boisselier. Avec une contrainte forte : « conserver le rendement [quantité de poudre déposée/quantité de poudre injectée, Ndlr] élevé de la buse de rechargement, qui atteignait près de 90% », poursuit-il. Ceci a notamment imposé au centre de développer son propre doseur de poudre (des poudres sphéroïdales de 45 à 75 microns de diamètre couramment utilisées dans les procédés de projection), capable d'assurer des débits de 100 mg à 1g par minute.

Autre développement nécessaire et critique, le logiciel, afin d'être en mesure de programmer les trajectoires de la tête pour obtenir des formes complexes et des surfaces gauches. L'Irépa a sous-traité cette partie à Delcam, spécialisé notamment dans la CFAO dédiée à l'enlèvement de copeaux. « Ils ont intégré les contraintes de notre procédé dans une couche logicielle baptisée PowerCLAD, qui pilote leurs logiciels classiques PowerShape et PowerMill », explique Didier Boisselier. La version bêta est en cours d'utilisation, à la hauteur des espérances du centre.programmation de la fabrication du papillon avec PowerCLADprogrammation de la fabrication du papillon avec PowerCLAD

détail de l'aile du papillondétail de l'aile du papillon

Prêt pour l'industrialisation

« Nous travaillons encore sur le procédé mais il est arrivé à un stade de développement très avancé », déclare Didier Boisselier. L'Irepa Laser n'a d'ailleurs pas développé un procédé, mais deux, visant des échelles différentes : le Mésoclad qui dépose des « fils » de matière de 0,6 mm de largeur et de 0,15 à 0,2 mm d'épaisseur, et le Macroclad, plus gros, qui dépose entre 0,5 et 1 mm de matière sur une largeur de 1mm à 5 mm. Le premier est destiné à réaliser directement des pièces aux cotes finales, le second à déposer une « ébauche » de matière, réusinée ensuite par une machine-outil.

L'objectif de rendement fixé par le centre est également rempli. Il atteint 40% pour le mésoCLAD et 90% pour le macroCLAD. Autre avantage, en particulier pour le mésoCLAD, l'encombrement mini. L'emploi d'un laser de faible puissance permet en effet d'intégrer la source et la distribution de poudre à la machine sur laquelle est montée la tête. Dans l'atelier du centre, l'ensemble est monté sur une petite fraiseuse Isel à moteur linéaire de moins de deux mètres carrés au sol et de moins de deux mètres de haut.

Les limites du procédé ? « La tête doit rester proche de la verticale pour préserver la symétrie du jet de poudre », explique Didier Boisselier. Ceci n'autorise que des dépouilles de ±10°. Mais le centre a trouvé la parade: incliner la pièce de manière à générer des dépouilles beaucoup plus importantes. La gestion de cette inclinaison progressive est d'ailleurs au coeur du logiciel développé par Delcam. CLAD ne permet en outre pas d'obtenir des volumes fermés à cause de l'encombrement de la buse (elle est positionnée à 3 mm du dépôt), contrairement au frittage d'un lit de poudre de type SLM (Selective laser melting). Il est également moins précis que cette technique, qui génère des couches de quelques dizaines de micron et les pièces réalisées présentent une rugosité de surface plus importante.

Des avantages face au frittage et à l'usinage

turbine réalisée par CLAD à partir d'un tube de 80 mm de diamètreturbine réalisée par CLAD à partir d'un tube de 80 mm de diamètreEn revanche, CLAD est plus rapide que le SLM. Contrairement à ce dernier, il n'est en outre pas limité par la taille de la pièce et peut rajouter des formes sur une pièce existante. De plus, « il est plus économique car il ne consomme que la quantité de poudre dont on a besoin, au rendement près », explique le responsable technique de l'Irepa Laser. Mais c'est surtout face à des procédés d'usinage dans la masse que CLAD peut présenter un grand avantage. Pour la réalisation de tubulures de formes particulières impossibles à réaliser autrement, par exemple, ou de pièces aéronautiques usinées à près de 95% dans des tôles fortes. CLAD permet en effet au contraire de partir d'une tôle fine à laquelle on ajoute des renforts.

Pour s'en convaincre, l'Irépa a réalisé un test comparatif sur la réalisation d'une hélice à trois pales de 80 mm de diamètre à la base et 125 mm au sommet. « La génération des pales par CLAD sur un tube de diamètre 80 dure 5 minutes par pale. Ensuite, 30 minutes de réusinage sont nécessaires, soit un temps total de 45 minutes, pour un coût estimé à 137 euros par pièces (pour une série de 100), commente Didier Boisselier. L'usinage de la pièce à partir d'une barre de 120 mm de diamètre dure quant à lui 3,5 heures et coûte 326 euros par pièce ». Cela devrait faire réfléchir ceux qui usinent des matériaux haut de gamme...

étude économique relative à la turbine test (source Irépa)étude économique relative à la turbine test (source Irépa)

Des possibilités nouvelles

pièce aéronautiquepièce aéronautiqueLes possibilités de ce nouveau procédé vont au-delà encore. Il trouvera notamment sa place pour des travaux de personnalisation de pièces, mais aussi lorsqu'il faudra travailler sur des multimatériaux, voire assurer la variation continue d'une matière à une autre sur une pièce afin d'en localiser les propriétés mécaniques. Ne reste qu'une seule limite potentielle : « Il faut que le matériau supporte le processus complet », commente Didier Boisselier. Pour l'heure, lors de tests « industriels », l'Irépa a vérifié son efficacité sur les inox, des alliages de titane (à condition de dispose d'une protection gazeuse), des bases cuivre et des bases Nickel ; des matériaux déjà utilisés en rechargement laser. Et dans quelques jours, des tests démarreront à l'Irépa sur des matières précieuses...

Jean-Sébastien SCANDELLA

A la une

Publié le 22-10-2008 | A la une

Alain Bashung a tort ! Les petites entreprises ne sont pas - je ne suis pas sûr qu'il parlait d'industrie dans sa chanson...- à l'abri de la crise ! Car nombreux sont les sujets d'inquiétudes pour nos patrons de PME. Les cours des entreprises du CAC 40 qui dégringolent régulièrement depuis une quinzaine de jours, le marché automobile qui dérape, cela signifie des investissements et des commandes en baisse en provenance des grands comptes (tout le monde n'a pas la chance de travailler pour des géants de l'énergie...). Des banques qui appellent les Etats au secours pour se recapitaliser partout en Europe, sans parler des dernières péripéties de la Société Générale et de la Caisse d'Epargne, cela signifie des difficultés supplémentaires à trouver des financements dans une période qui s'annonce bien perturbée.

Actualités en France et dans le monde

Publié le 22-10-2008 | Actualités en France et dans le monde

SecoTools AllemagneSecoTools AllemagneLe fabricant d'outils suédois a connu une hausse de 13% de son chiffre d'affaires l'an dernier, à 636 millions d'euros, et de 11% au premier semestre de cette année. Pour soutenir cette croissance, il investit 16 millions d'euros dans le développement de son site de Erkrath, en Allemagne. Seco construira ainsi des bureaux, un centre de formation et un centre de production et de stockage d'outils. Surface totale pour cet ensemble qui accueillera 130 personnes : 4500 mètres carrés environ, sur un terrain de 25000 mètres carrés. La production d'outils y débutera en milieu d'année prochaine, les bâtiments administratifs seront investis à l'automne 2010.

Publié le 22-10-2008 | Actualités en France et dans le monde

Le Cetim a obtenu son accréditation Nadcap (National Aerospace And Defense Contractors Accreditation Program) pour les procédés d'essais de laboratoires (Materials Testing Laboratory - MTL). Avec cette accréditation, le centre est reconnu officiellement pour ses bonnes pratiques en matière d'organisation et de maîtrise des essais dans le domaine aéronautique.

Publié le 22-10-2008 | Actualités en France et dans le monde

Petits changements chez MAG Europe. A la rentrée, le constructeur de machines construit à grands coups d'acquisitions (il réunit désormais notamment Cross Hüller, Ex-Cell-O et Lamb, MAG Cincinnati Automation, MAG Cincinnati, MAG Fadal, MAG Giddings & Lewis, MAG Hüller Hille, MAG Boehringer, MAG Hessapp...) a emménagé son siège social européen dans de nouveaux locaux à Stuttgart-Vaihingen.

Publié le 22-10-2008 | Actualités en France et dans le monde

Le spécialiste des technologies de soudage a ouvert un nouveau centre de support sur son site ukrainien, près de Kiev. Ce bâtiment de près de 900 mètres carrés regroupe des bureaux, une sale de conférence, un show room rassemblant l'ensemble de la gamme de produits, quatre cellules de soudage entièrement équipées destinées à l'apprentissage (d'autres devraient y être rajoutées) et un robot de soudage dédié aux tests des applications spécifiques des clients.

Publié le 22-10-2008 | Actualités en France et dans le monde

Le rachat de Tricon Metals & Services par le fabricant américain d'outils coupants a été finalisé. Rebaptisée Kennametal Tricon Metals & Services, cette entité est intégrée à la branche matériaux avancés du groupe: Kennametal's Advanced Materials Solutions Group (AMSG). Tricon est notamment spécialisé dans la fabrication de pièces spécifiques en acier, pour des machines de TP et le marché des mines et carrières.

Publié le 22-10-2008 | Actualités en France et dans le monde

Avis aux amateurs : La vingtième édition du salon international de la tôlerie se tient du 21 au 25 octobre au parc des expositions de Hanovre. Cette année, il réunit 1495 exposants (dont 44% d'Allemands) sur 87000 mètres carrés d'exposition, dans huit halls. Il vous reste juste le temps de sauter dans le prochain avion pour Hanovre si vous voulez y jeter un (gros) coup d'œil...

Produits nouveaux

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

C'est la machine d'usinage 2D-3D à grande vitesse la plus puissante de la gamme Datron. Le nouveau modèle M10 Power est en effet doté d'une broche de 3 kW tournant à 40000 tours (attachement HSK-E 25).

Destiné à des travaux de prototypage rapide, d'usinage à haute vitesse sur tous matériaux non ferreux (aluminium, laiton, bronze, cuivre, plastiques, composites, graphite, etc.) ou encore de gravures de précision sur aciers, ce nouveau modèle à l'empreinte au sol réduite vient compléter le haut une gamme du constructeur, qui couvre des surfaces de 520 x 520 mm à 1 600 x 2 500 mm.

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

Renversant ! La nouvelle Hypermach H4000 de MAG Cincinnati effectue des usinages de pièces en aluminium en 5 axes simultanés dans une zone de travail de 2 mètres par 4, mais... à l'horizontal. Cette machine est, en effet, construite selon une configuration particulière : la table est verticale et se déplace selon l'axe X; la tête, portée par un portique fixe « vertical », s'occupe des autres mouvements. Les opérations sont réalisées dans un espace complètement fermé et les copeaux tombent dans un convoyeur. Et il est inutile de recalibrer régulièrement les déplacements de la table par rapport au portique.

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

Le porteur magnétique à commande manuelle MaxX est tout particulièrement destiné au levage de charges ferreuses: plates, rondes, finies et brutes. Bénéficiant de dimensions et d'un poids réduits, les modèles de la gamme, allant de 125 kg à 2 tonnes de capacité, sont « simples à utiliser, même dans des espaces de manœuvre limités, et faciles à gérer », explique Technomagnete.

Pour les applications poussées, le fabricant a développé des modèles « Energy », versions surdimensionnées des MaxX 250 et MaxX 500. Baptisés respectivement MaxX300 et MaxX 600, ils offrent des prestations 20% supérieures à parité de dimensions et de poids, par rapports aux modèles classiques.

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

Pour ceux qui en ont assez de chercher sans trouver dans des catalogues papier, l'allemand Kabelschlepp a développé OnlineEngineer, un logiciel qui permet de concevoir rapidement une chaîne porte câbles adaptée à une application spécifique. Sur le site www.onlineengineer.de, l'utilisateur entre les paramètres correspondants à son application. Le système propose alors les solutions les plus économiques et propose tout une gamme d'accessoires et les  documentations nécessaires. Une fonction « positionnement des câbles dans la chaîne»  définit la distribution idéale des câbles dans le compartiment. Le poids des câbles et leur rayon de courbure sont déterminés automatiquement et le logiciel calcule la hauteur et la largeur interne nécessaire. Une fois la configuration terminée, il ne reste plus qu'à télécharger un schéma 2D ou un modèle 3D du porte chaîne, au format CAO de son choix.

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

La durée de vie des lubrifiants et fluides réfrigérants dépend fortement de leur oxygénation. En effet, une bonne aération leur permet de mieux se protéger contre les bactéries anaérobies, virus, levures et autres moisissures, mauvaises pour le liquide et pour les utilisateurs. La microventilation du procédé Mikro, commercialisé par Enomax (groupe Supratec) est basée sur le concept de la « flottation ».

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

Le Zinc + Ultra brillant de CRC KF est un revêtement protecteur anticorrosion mono composant qui présente le même aspect brillant et lisse que celui du zinc neuf, sorti de bain de galvanisation à chaud.

Utilisé pour les retouches en sortie de bain ou pour les retouches esthétiques après assemblage de tôles minces galvanisées, ou pour corriger les soudures, ce revêtement appliqué en aérosol forme un film compact qui sèche en 10 minutes et résiste à la corrosion. Remarque importante : ce produit est totalement exempt de plomb, de chromate et de solvant chloré.

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

Les synergies jouent à plein chez GF. Pour preuve, à la dernière IMTS de Chicago, Agié Charmilles exposait une cellule automatisée employant l'ensemble des possibilités techniques offertes par le groupe.

Destinée à des applications de fabrication de pièces pour le secteur médical, par exemple, cette cellule automatisée est constituée d'un robot industriel qui assure le chargement et le déchargement de deux centres d'usinage : un centre d'usinage 5 axes et une machine d'usinage par électroérosion également en 5 axes. La cellule a été développée avec un robot de system 3R qui voyage d'un magasin d'outils à l'autre et transporte la pièce d'une machine à l'autre et, éventuellement, vers une machine d'inspection. La position et l'orientation de la pièce sont détectées à l'aide d'un système optique.

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

La dernière série de machines de polissage et d'ébavurage de Kennametal Extrude Hone, baptisée ECLine, fait la part belle à la personnalisation, afin de s'adapter au mieux aux environnements de production existants.

Dédiée à la production de masse mais également de volumes plus réduits, elle obéit à un concept modulaire et propose un grand nombre d'options. Résultat, l'utilisateur peut donc composer sa machine sur mesure pour coller au mieux à ses besoins, en sélectionnant ou au contraire en éliminant des fonctions techniques ou des niveaux de performance. Elle peut aussi être associée à une ou deux stations de travail, ou encore intégrée dans un environnement totalement automatisé.

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

Plus complexes que des machines de fraisage ou tournage seul, les machines multifonctions nécessitent des développements particuliers au niveau des logiciels de CFAO.  GibbsCAM, récemment racheté par Cimatron, a collaboré avec le constructeur japonais Mori Seiki, afin de développer des post-processeurs dédiés à ses séries NZ. L'éditeur a travaillé de très près avec les ingénieurs du constructeur pour profiter de leur expertise et valider les bons post-processeurs. A noter, Gibbs a aussi développé des post-pro pour les NMV...

Publié le 22-10-2008 | Produits nouveaux

Le fabricant israélien d'imprimantes 3D Objet Geometries vient de lancer son dernier modèle. Baptisée Alaris 30, cette machine suffisamment petite pour prendre place sur un bureau permet de réaliser des pièces dans un volume de 300x200x150 mm avec un grand niveau de détail, puisque les couches successives de photopolymère ne présentent qu'une épaisseur de 26 microns, pour une définition horizontale de 600x600 dpi. Le matériau utilisé n'est autre que le FullCure développé par Objet, durcit par l'exposition à des rayons UV.

Salons et conférences

Publié le 22-10-2008 | Salons et conférences

Pas d'industrie sans sous-traitance. Pour bénéficier d'une vue globale de l'offre du marché dans les nombreux domaines de ce secteur, rendez-vous sur la prochaine édition du Midest, du 4 au 7 novembre prochain au Parc des expositions de Paris Nord Villepinte.

Le salon qui se présente comme le plus grand rassemblement mondial de la sous-traitance industrielle regroupera près de 1 900 entreprises venues du monde entier (35 pays), grands groupes et PME. Il met à l'honneur cette année pour la première fois un pays, l'Espagne, un secteur moteur, l'aéronautique, et l'une de ses évolutions majeures, l'aide à la conception.

Cette année, le MIDEST accueillera également plus d'une centaine de conférences gratuites, techniques ou économiques.

Toutes les informations sur www.midest.com

Publié le 22-10-2008 | Salons et conférences

C'est une habitude : un peu plus d'un mois après l'IMTS, le monde de la machine-outil se retrouve au Japon pour la Jimtof. Cette année, elle se déroulera du 30 octobre au 4 novembre au centre d'exposition de Tokyo Bigsight. 523 exposants, 150000 visiteurs attendus. C'est loin, mais cela vaut souvent la peine, d'autant que les japonais en profitent pour montrer ce qu'on ne voit pas ailleurs...

Publié le 22-10-2008 | Salons et conférences

Le constructeur Suisse, racheté par le japonais Mori Seiki, organise des journées portes ouvertes à son siège de Le Locle, en Suisse, du 22 au 24 octobre. Une occasion de découvrir sa gamme de machines, mais aussi son site de production de près de 15000 mètres carrés au sein desquels la température est régulée à 20 degrés, à 0,2 degré près...

Publié le 22-10-2008 | Salons et conférences

L'Ile-de-France innove. Pour vous en convaincre, rendez visite à la quatrième édition du Paris Région Innovation Tour, les 17 et 18 novembre prochain au centre de conférence Marriott Rive gauche Hotel, à Paris. Organisée par la Ville de Paris, la Région Ile de France et leurs partenaires, cet événement sera l'occasion de découvrir les projets soutenus par les 7 pôles de compétitivité franciliens (SYSTEM@TIC, Cap Digital, Advancity, ASTech, Mov'eo, Medicen et Finance Innovation). Ateliers, expositions, conférences et rendez‐vous d'affaires sont au programme.

A noter, cette manifestation a cette année pour thème la coopération entre clusters européens. Pour l'occasion, l'association Europa InterCluster organise d'ailleurs conjointement la deuxième édition de la conférence InterCluster.

Pour plus d'informations, rendez-vous sur le site www.prit2008.eu

Vu pour vous

Publié le 22-10-2008 | Vu pour vous

Le procédé mis au point par l'Irepa Laser propose de fabriquer des pièces par dépose de couches de métal en fusion. Son ambition ? Constituer un complément au frittage métallique classique mais, surtout, une véritable alternative à l'usinage.

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