Fabrication Additive : la voie idéale vers la pièce retravaillée
PARARE GmbH | Frickenhausen (Bade-Wurtemberg), Allemagne
Le système CAO/FAO assure une collaboration parfaite entre l’impression 3D métal et l’usinage de reprise par enlèvement de matière
Au cours des dernières années, le traitement additif des métaux est devenu un procédé de fabrication utilisé industriellement. Les procédés de fusion laser des métaux sur lit de poudre sont particulièrement convaincants car ils produisent une structure très homogène, quasiment sans pores, avec une densité >99,8 %. Sven Skerbis, ingénieur en fabrication additive et directeur de l’entreprise Parare GmbH à Frickenhausen, explique les avantages qui en découlent: « Nos pièces, produites à l’aide de la technologie de fusion sélective par laser (SLM), sont en moyenne 20 à 30 pour cent plus résistantes mécaniquement que, par exemple, les pièces coulées sous pression en aluminium, qui peuvent contenir des retassures. »
L’entreprise Parare GmbH, fondée par Skerbis en 2017 avec son partenaire Matthias Bath, est un prestataire de services de fabrication spécialisé dans l’impression 3D industrielle métal et plastique. Les deux ingénieurs industriels avaient reconnu le potentiel de cette technologie déjà au cours de leurs études : l’impression 3D étant un procédé de fabrication direct basé sur des données CAO, la génération des pièces ne requiert aucun outil, ni moule, ni programmation FAO. La production peut toutefois s’étendre de quelques heures à plusieurs jours, selon le matériau et la taille des pièces. « L’impression 3D est d’autant plus avantageuse qu’une pièce est complexe, ou qu’elle requiert un grand nombre d’étapes conventionnelles successives de fabrication », souligne Sven Skerbis. « Car dans les procédés additifs, la complexité n’a quasiment pas d’influence sur les coûts. Voilà pourquoi notre offre est adaptée en premier lieu aux prototypes et aux petites séries pour lesquels, autrement, il faudrait construire des outils de moulage sous pression coûteux en temps et en argent. L’impression 3D convient également pour les pièces de rechange en petites quantités. »
Ce bras oscillant au poids et au flux de force optimisés a été créé selon le procédé de fusion laser des métaux sur lit de poudre. Il présente de nombreuses surfaces devant être retravaillées par usinage de reprise avec enlèvement de matière.
« Nous avons reconnu tôt déjà la grande importance qui revient à l’interface entre l’impression 3D et l’usinage de reprise par enlèvement de matière. Cela s’applique aussi au système CAO/FAO utilisé. Avec hyperMILL® d’OPEN MIND nous avons trouvé une solution parfaite. »
Sven Skerbis, directeur de Parare
Prendre le client par la main
Pour Skerbis et Bath, le nom « Parare », qui librement traduit du Latin signifie « prendre par la main », est un programme en soi : « Il indique que nous transférons notre savoir aux clients et leur montrons où il convient d’utiliser l’impression 3D. Nous apportons notre soutien dans le domaine de la conception et l’optimisation topologique, et nous produisons ensuite les pièces. Nous prenons en charge l’usinage de reprise et livrons le produit entièrement fini. »
Les matériaux en poudre pour la fusion sélective par laser sont des alliages classiques d’acier inoxydable, d’acier de titane, d’aluminium, à base de nickel, etc. Étant donné que le laser fond couche par couche, les pièces requièrent des structures supplémentaires pour soutenir les zones ne pouvant pas se supporter dans la poudre, par exemple les parois d’inclinaison supérieures à 45 degrés. Ces supports doivent ensuite être retirés. Dans certains cas, des usinages de reprise par enlèvement de matière sont nécessaires pour les surfaces fonctionnelles et d’étanchéité, les ajustements et les filetages afin d’assurer la précision et la qualité de surface nécessaires.
En 2017, Matthias Bath (gauche) et Sven Skerbis ont fondé Parare GmbH, entreprise prestataire de services de fabrication spécialisée dans l’impression 3D industrielle métal et plastique.
Une interface importante pour l’usinage de reprise
Au début, Parare avait confié cette dernière étape avant la pièce finie à des partenaires externes. « L’expérience nous a montré que l’interface pour l’usinage de reprise par enlèvement de matièreest très critique », remarque Sven Skerbis. « Si la personne ayant programmé ou usiné la pièce n’a pas créé elle-même les données brutes pour l’impression 3D, il s’en suit souvent de longues durées d’usinage et, au pire, des erreurs. Produire des rebuts à ce stade coûte vraiment beaucoup d’argent. »
C’est la raison pour laquelle, début 2019, les responsables chez Parare poursuivaient le but d’assumer eux-mêmes l’usinage de reprise. Ils se sont mis à la recherche d’un collaborateur approprié, d’un centre performant d’usinage 5 axes et d’un logiciel CAO/FAO adapté. Avec Michael Meyer, ils ont trouvé un professionnel de l’usinage qui, en outre, comptait à son actif plus de dix ans d’expérience avec différents systèmes CAO/FAO. Le choix de la machine est tombé sur une Hermle C30 U. Quant au système CAO/FAO, c’est hyperMILL® d’OPEN MIND Technologies AG, Wessling, qui a été sélectionné.
Michael Meyer, actuellement responsable du domaine programmation et usinage, est entièrement convaincu par hyperMILL® et hyperCAD®-S, le système intégré « CAO pour FAO » : « Je travaille avec ce logiciel depuis plus de dix ans déjà et je n’en connais aucun autre qui puisse tenir la cadence et se mesurer avec hyperMILL® en matière d’usinage 5 axes. Avec hyperCAD®-S je peux en outre compléter très facilement les données CAO 3D fournies avec des corps et des surfaces géométriques ou réparer des surfaces défectueuses. » Pour information : hyperCAD®-S est un système intégré « CAO pour FAO », spécialement développé par OPEN MIND pour les programmeurs FAO afin d’accélérer les processus de programmation CN.
L’usinage de reprise des pièces fabriquées de manière additive s’effectue le plus souvent en cinq axes. hyperMILL® propose de nombreux cycles d’usinage à cet effet.
Avec hyperCAD®-S vers la pièce imprimable
En général, les données CAO 3D des pièces finies sont fournies à Parare par le client. Ces données n’étant pas encore adaptées pour l’impression 3D, elles sont tout d’abord transférées dans hyperMILL® et traitées à l’aide d’hyperCAD®-S. Michael Meyer contrôle les surfaces, il les retouche et ajoute des structures de support ainsi que les brides de serrage nécessaires. Aux endroits devant subir un usinage de reprise, il établit la surépaisseur requise afin de pouvoir fraiser de manière optimale plus tard. Il renvoie ensuite le fichier dans le système de conception CAO, d’où le fichier est émis comme fichier STL pour le processus SLM.
« Grâce à ces travaux préliminaires, je sais exactement où sont mes points de référence », explique Michael Meyer. « Si besoin, je pourrais même ajouter un petit cylindre comme référence, que je palpe ensuite dans la machine pour aligner la pièce dans l’espace. Il est ainsi garanti que la pièce brute est alignée sur la table de la machine exactement comme prévu dans la programmation FAO. C’est un gage de grande sécurité lors de l’usinage. »
Michael Meyer, responsable de fabrication, traite et complète les données des pièces dans hyperCAD®-S déjà avant l’impression 3D.
La bonne stratégie cinq axes pour chaque cas d’utilisation
L’enthousiasme de Michael Meyer ne s’applique pas seulement à la partie CAO dans hyperMILL®, mais aussi à la programmation FAO elle-même. Les structures réalisées en impression 3D sont souvent très complexes et ne peuvent être traitées qu’avec l’usinage cinq axes. « C’est précisément ici que repose l’une des grandes forces d’hyperMILL®. Plusieurs stratégies de positionnement sont disponibles pour le fraisage cinq axes ; je peux ainsi choisir la solution adaptée pour chaque géométrie, chaque matériau et chaque cinématique machine », conclut le responsable de fabrication. « L’Inconel, par exemple, requiert impérativement un usinage radial, ce qui, en partie, n’est possible qu’en travaillant en cinq axes. Lors d’un usinage en bout, les fraises s’useraient très rapidement. Pour ce qui est des pièces actuelles, nous avons pu faire d’immenses économies sur les coûts des outils car nous avons tout produit par usinage en roulant cinq axes. De tels cycles d’usinage, comme l’usinage en roulant cinq axes ou la reprise du trajet d’outil cinq axes, sont extrêmement puissants dans hyperMILL®. »
hyperCAD®-S aussi a joué un rôle important dans ce projet. Parare voulait en effet imprimer les géométries complexes des pièces sans brides de serrage additionnelles. Michael Meyer a ainsi utilisé la fonction Différence booléenne pour générer un moule négatif pour l’usinage de reprise ; la pièce a ensuite été insérée dans ce moule. Son avis : « Cela a parfaitement fonctionné. »
Les outils de simulation dans hyperMILL® assurent un usinage sûr avec le centre d’usinage 5 axes.
Des temps de programmation courts grâce à la technologie des features et des macros
« Ce qui personnellement me plaît beaucoup dans hyperMILL®, c’est la fonction de programmation des macros », remarque Michael Meyer. Avec la technologie des features et des macros, et les bases de données de processus et de macros corrélatives, hyperMILL® offre une base solide pour automatiser la programmation. « Cela nous offre un gain de temps considérable dès la programmation », ajoute M. Skerbis, directeur de l’entreprise. « Cela vaut du reste non seulement pour l’usinage de reprise, mais aussi pour d’autres pièces fraisées complexes dont la demande est à la hausse chez nous. »
Lors du travail avec des features et des macros, l’utilisateur établit les outils dont il sait qu’ils conviennent le mieux pour le type d’usinage envisagé. Pour Michael Meyer, une base de données d’outils bien entretenue est ainsi la clé d’une programmation efficace et d’un usinage fiable. « Dans notre travail quotidien – aujourd’hui cette pièce, demain celle-là – j’ai besoin d’une base de données fiable. hyperMILL® offre ici un fondement très solide. »
Le centre d’usinage, au sein duquel sont effectués les processus de finition et d’ébauche chez Parare, doit lui aussi être fiable. « Notre Hermle C30 U répond parfaitement à nos attentes », assure l’expert en usinage. « Flexible d’utilisation, elle offre une grande précision et rigidité, ce qui est important pour les opérations d’ébauche. » Pour la programmation de l’ébauche préliminaire, elle utilise entre autres le module d’ébauche du pack performance hyperMILL® MAXX Machining, qui apporte des solutions de découpe haute performance (HPC) avec trajets d’outils spiralés et trochoïdaux. Ce pack allie des trajets de fraisage optimaux, un enlèvement de matière maximal et des temps d’usinage raccourcis au maximum. Michael Meyer se réjouit : « Cela fait vraiment plaisir de regarder comment la machine produit des copeaux à l’aide de ce module. »
Flexible d’utilisation, précise et rigide, la machine Hermle C30 U répond de manière optimale aux exigences chez Parare.
Galerie
de g. à d. : Sven Skerbis et Michael Meyer de Parare discutent différentes options d’usinage.
