Partie 1 : processus de la pièce issue d'optimisation topologique
Suite à une phase d'optimisation topologique, le gain de matière en volume est de 85%. Les parties fonctionnelles de la pièce comme les cylindres intérieurs et les fixations sont conservées.
Conception standard (volume de matière = 351 cm3) réf : 73222000_003 | Conception optimisée (volume de matière = 53 cm3) réf : 73222000_005 |
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La démarche suivante va nous permettre de définir le processus afin de réaliser la mise en production de la pièce optimisée (réf : 73222000_005) sur une FormUp 350, machine utilisant le procédé LBM.
Étude morphologique et géométrique de la pièce ;
Orientation permettant une construction de la pièce en minimisant les supports ;
Conception et optimisation des supports pour les zones non portantes ;
Étude des stratégies de mise en couche et de fusion (paramètres procédés) ;
Remarques et comparaison
Etude morphologique et géométrique.
La pièce est principalement composée d'un corps cylindrique creux constitué de plusieurs alésages ainsi que de trois connecteurs. Ces parties sont reliées entre elles par des « bras » de formes organiques et élancés.
Deux connecteurs sont orientés perpendiculairement à l'axe principal de la pièce, le troisième étant disposé à 38°.
Cette analyse rapide permet de montrer que certaines parties sont en « surplomb », elles devront donc être maintenues par des supports afin de pouvoir assurer la construction.
Orientation de la pièce en minimisant les supports.
L'orientation de la pièce peut être déterminée suite à une analyse de dépouilles dans un logiciel de CAO.
Nous avons choisi de « basculer » la pièce autour de deux axes, l'axe x et l'axe y tout en gardant l'axe principal le plus vertical possible (ouverture vers le haut) afin de réduire les zones à supporter.
L'analyse en parallèle des dépouilles nous permet de localiser les zones à supporter.

Zones à supporter de couleur orange
Conception et optimisation des supports.
Une fois les zones à supporter repérées, il faut concevoir les supports. Cette tâche peut s'effectuer avec un logiciel de CAO, par le module surfacique ou volumique. La conception est toutefois plus aisée avec le module surfacique bien qu'elle nécessite plus de maîtrise dans ce domaine.
Une première étape permet de concevoir des supports dits « massifs » par rapport aux zones définies précédemment, les formes étant relativement simples mais souvent difficiles à désolidariser une fois la construction terminée (risque de casser les zones fragiles de la pièce).
La deuxième étape de conception des supports dite « optimisée » nécessite une connaissance approfondie du procédé LBM et de la technologie de la machine utilisée.
Le résultat suivant montre des supports allégés (type lamelles), donc plus faciles à désolidariser, et aussi plus rigides par l'intermédiaire de nervures (augmentation du moment quadratique).
Volume des supports optimisés 37 cm3 |
Volume pièce + supports optimisés 90 cm3 |
Etude des stratégies de mise en couche et de fusion.
Cette partie réalisée avec le logiciel AddupManager va permettre de comparer plusieurs stratégies de fusion de la poudre (remplissage, contour) avec une mise en couche bidirectionnelle de 45µm. Le matériau utilisé est un acier Maraging nuance 18Ni300 (1.2709). L'argon est le gaz d'inertage associé.

La pièce est programmée avec plusieurs stratégies, pour les supports un seul choix est suffisant.
Les résultats sont synthétisés dans le tableau suivant :
Stratégie de fusion | Nombre de couches | Temps de mise en couche | Temps de fusion | Temps total de construction | Trajectoires laser |
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Pièce : (Remplissage) Supports : (Remplissage) V=1500 mm•s-1 P=110W | 2770 | 2h46' | 8h15' | 11h01' | |
Pièce : (Remplissage + 1 contour) Supports : (Remplissage) V=1500 mm•s-1 P=110W | 2770 | 2h46' | 8h20' | 11h06' | |
Pièce (Remplissage +1 ou 2 contours) Supports : (Remplissage) V=1500 mm•s-1 P=110W | 2770 | 2h46' | 8h24' | 11h10' | |
Pièce : (Remplissage + 2 ou 4 contours) Supports : (Remplissage) V=1500 mm•s-1 P=110W | 2770 | 2h46' | 8h28' | 11h14' | |
Pièce : (Remplissage damier + 2 ou 4 contours) Supports : (Remplissage) V=1500 mm•s-1 P=110W | 2770 | 2h46' | 9h41' | 12h27' |
Remarques et comparaison.
Pour tous les cas étudiés, on peut noter que le temps de mise en couche est similaire. Cela s'explique par le fait que l'épaisseur de couche de poudre est constante (45µm) et que le nombre de couches est aussi identique (2770) pour toutes les stratégies.
Pour le temps de fusion, on remarque peu d'écart entre les quatre premiers cas (13 min). La réponse vient de la vitesse de balayage du faisceau laser (1500 mm•s-1) pour suivre les contours. Le fait de réaliser plusieurs contours sur la peau extérieure de la pièce permet d'avoir une meilleure résistance mécanique.
Le dernier cas est un peu plus long, environ 1h20' de plus de temps de fusion. Cela est dû à la stratégie en damier. Par contre cette solution permet d'équilibrer les effets thermiques et donc de réduire les contraintes internes dues au refroidissement de la matière.