Impression 3D d'un outil de moulage par injection de métal avec près

Fournisseurs associés

La chaire de microfluidique de l'université de Rostock travaille en collaboration avec Stenzel MIM Technik (Tiefenbronn près de Pforzheim) sur un projet visant à imprimer un outil de moulage par injection de métal (MIM) en 3D. La base du développement est l'utilisation de la technologie CEM d'Aim 3D avec un système Ex-AM 255.

Dans le cadre d'un projet financé par le ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie (BMWi), un outil MIM imprimé en 3D est développé conjointement par la Chaire de microfluidique (LFM) de l'Université de Rostock et Stenzel MIM Technik. La durée du projet s'étend d'avril 2021 à octobre 2023. La base du processus et de l'application est l'utilisation de la technologie CEM d'AIM3D, mise en œuvre sur un système Ex-AM 255. Le projet représente l’état actuel de l’art en matière d’impression 3D métal.

L'objectif du projet était d'utiliser l'impression 3D pour fabriquer un outil de moulage par injection de métal avec refroidissement proche du contour. Dans l'impression 3D, le refroidissement proche du contour peut être intégré sous la forme d'une intégration fonctionnelle avec des canaux hélicoïdaux directement dans l'outil. En d’autres termes, il n’est pas intégré sous forme d’entrées, comme c’est le cas avec des outils plus gros. L'objectif de tout refroidissement proche du contour des moules à injection fabriqués à partir de métaux ou de polymères est de réduire considérablement le temps de cycle. Le principe du refroidissement proche du contour est de guider les fluides de refroidissement à travers des canaux de refroidissement proches du contour avec de faibles sections. Ils refroidissent le composant déjà pendant le cycle. Cela conduit à un processus de démoulage plus rapide, ce qui raccourcit considérablement le cycle. La géométrie complexe des canaux de refroidissement hélicoïdaux est créée à l'aide de la technologie CAO à l'aide de modèles de simulation basés sur les besoins du composant. L'expérience à long terme montre une réduction du temps de cycle d'environ 20 pour cent, en fonction de l'épaisseur et de la taille des parois.

En tant que solution de composants intégrés, l'impression 3D offre l'avantage d'une technique ponctuelle en tant qu'intégration fonctionnelle par rapport aux processus liés au moule. L’exemple d’application démontre donc une opportunité de réduire considérablement les délais de mise sur le marché. L'objectif du projet de coopération est de développer une nouvelle chaîne de processus pour la production rentable et rapide d'outils MIM. Jusqu'à présent, la production d'un moule à injection de métal conventionnel nécessitait jusqu'à huit semaines. Avec l’impression 3D métal, le délai de mise à disposition d’un outil MIM peut être réduit à environ cinq jours.

Dans le cadre de cette coopération, un modèle 3D optimisé de l'outil a été initialement développé à l'aide d'outils de CAO et de simulation. Ces données ont ensuite été transférées au système Ex-AM 255 CEM, avec les paramètres de processus nécessaires. Une pièce dite verte est ensuite imprimée en 3D. Ensuite, la pièce est frittée selon un processus en plusieurs étapes pour produire les propriétés finales du matériau. Grâce à ce procédé, des composants métalliques complexes peuvent être produits rapidement après les étapes nécessaires de déliantage et de frittage. Parallèlement, le procédé CEM permet de contrôler le retrait volumétrique lié au frittage. Le moule obtenu présente une cavité. Le composant est constitué d'une partie à paroi épaisse avec de fines ailettes. Ces ailettes ne peuvent être réalisées sans refroidissement proche du contour, car elles sont difficiles à démouler. Stenzel MIM Technik espère parvenir à une réduction significative du temps de cycle pour ce composant, jusqu'à 70 à 80 %. Cependant, les essais de moulage par injection à des fins de test sont toujours en attente.

L'imprimante 3D multi-matériaux Ex-AM 255 peut être utilisée avec une grande variété de matériaux différents (métaux, plastiques, céramiques) et avec divers procédés (composants hybrides). Comparés aux procédés sur lit de poudre ou même à d'autres procédés d'impression 3D utilisant des filaments, les systèmes utilisant le procédé CEM atteignent des résistances à la traction proches du moulage par injection thermoplastique classique lié à un moule. L’avantage de prix de l’impression 3D est particulièrement frappant lorsque des granulés disponibles dans le commerce sont utilisés à la place des filaments. Lorsque des granulés sont utilisés, le procédé CEM permet de réaliser des économies de coûts pouvant atteindre un facteur dix.