Outillage de moule creux sacrificiel avec le matériau d'impression 3D ST-130

Article de Stratasys Ltd. mis à jour le 18 décembre 2020

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L'utilisation de structures composites est un excellent moyen de réduire le poids et de gagner en résistance. Cependant, la création de ces structures demande beaucoup de travail et est coûteuse. Par conséquent, les fabricants doivent souvent faire des compromis sur l'innovation, la fonctionnalité de la conception et le nombre d'itérations pour respecter des délais stricts et respecter le budget.

L'un des plus grands défis consiste à fabriquer des structures composites creuses telles que des tubes, des collecteurs et des récipients. La fabrication de ces pièces complexes est parfois impossible, parce que la géométrie ne permet pas de retirer le noyau de stratification, ou parce qu'elle impose des compromis de conception pour s'adapter à des méthodes de production moins optimales. Par exemple, certaines conceptions reposent sur une technique de moulage "en coquille" pour fabriquer deux moitiés de la pièce séparément, puis les combiner ensemble, après cuisson, pour former la structure creuse.

Outillage sacrificiel ST-130

Outillage sacrificiel ST-130

Toutefois, cette méthode peut affaiblir la conception globale, car les fibres composites ne couvrent pas la ligne d'accouplement autour de la pièce. Elle ajoute également une étape supplémentaire au processus de fabrication. Les noyaux sacrificiels imprimés en 3D à l'aide du matériau soluble ST-130 apportent une solution à ces problèmes. Ils éliminent les configurations d'"outils piégés" et permettent des superpositions de composites en une seule pièce pour des structures plus solides qui nécessitent moins d'étapes de traitement. Les noyaux solubles peuvent également être utilisés pour le placage de métaux, où ils sont plaqués puis dissous, laissant derrière eux une structure métallique.

Application de l'outillage sacrificiel

Lematériau ST-130 combiné à l'impression FDM® permet une production inégalée, en une seule étape, de noyaux dissolvables complexes pour les applications de stratification et de placage. Les noyaux sacrificiels sont d'abord créés en CAO. Une fois qu'une conception CAO finale a été développée, elle est importée dans le logiciel de tranchage avancé Insight™. Le logiciel Insight permet la génération d'un remplissage perméable clairsemé, avec des couches de contour extérieur supplémentaires. Ces couches supplémentaires confèrent à la pièce l'intégrité structurelle et la rigidité nécessaires à la mise sous vide, tandis que le remplissage clairsemé permet un retrait rapide du noyau, après la polymérisation. Ce style de construction a été optimisé pour les noyaux sacrificiels, ce qui permet de traiter la pièce en appuyant sur un seul bouton du logiciel. Insight permet également d'apporter d'autres modifications à la tranche si nécessaire. Une fois la conception CAO finalisée avec Insight, la fabrication peut commencer.

L'impression 3D de ces noyaux réduit considérablement le temps de production des outils. Dans certaines circonstances, plusieurs itérations peuvent être construites et testées en une seule journée, ce qui permet d'optimiser plus rapidement la conception. Une fois l'impression du noyau sacrificiel terminée, plusieurs étapes minimales de post-traitement sont nécessaires. Souvent, un noyau soluble nécessite un matériau de support et doit être retiré manuellement après l'impression. Une autre étape de post-traitement consiste à sceller la carotte. Cela comprend un ponçage à plusieurs degrés, suivi d'une couche d'époxy ou de gel. Il s'agit d'une étape très importante, car elle empêche la résine de s'incruster dans le noyau et donne une finition ultra-lisse aux surfaces internes de la structure composite finale.

Création d'outils composites

Dans cette vidéo unique, Stratasys rend visite à Kerry Dang, de Swift Engineering, qui nous explique étape par étape le processus de création d'un outil sacrificiel pour un conduit d'admission creux et complexe.

Emballage composite

Une fois post-traité, le noyau sacrificiel est prêt à être enveloppé ou plaqué. L'enrobage du composite peut être effectué selon différentes méthodes, y compris l'enrobage de la totalité du noyau, créant ainsi une structure sans soudure. La pièce est ensuite consolidée à l'aide d'une mise sous vide traditionnelle. Bien que le ST-130 puisse être autoclavé, les pressions ne doivent pas dépasser 80 psi et les températures 100 °C, sauf si des tests préalables sont effectués, car une déformation du noyau peut se produire. Dans certains cas, les températures dans l'autoclave ont atteint 120 °C, mais avec des pressions réduites.

Une fois durci, le noyau est retiré. Contrairement aux procédés traditionnels, le retrait du noyau est entièrement automatisé. En utilisant une solution détergente, la pièce composite et le noyau sont immergés pendant quelques heures. Il est important de vérifier auprès du fabricant de la résine composite que la solution ne dégrade pas la résine. La solution dissout automatiquement l'outil de noyau imprimé de la structure composite. Ce procédé réduit considérablement le nombre d'heures de travail consacrées à l'enlèvement manuel du noyau, ce qui permet de réaliser des géométries beaucoup plus serrées et complexes.

L'application d'outillage sacrificiel convient parfaitement :

  • Pièces solides et légères
  • Géométries composites creuses complexes avec une finition de surface interne de haute qualité
  • Production en faible quantité

Avantages par rapport aux méthodes traditionnelles :

  • Structures composites creuses sans soudure
  • Réduction du travail manuel - processus automatisé de retrait des carottes
  • Réduction du délai entre la conception et la fabrication des pièces, ce qui permet de réaliser d'importants gains de temps.
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