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Projet FASSE Fabrication Additive Sable Sud-Est

Projet CTIF PRJ1701192

OBJECTIFS

Les technologies d’impression 3D de moules et noyaux en sable sont apparues il y a une quinzaine d’années et sont en passe aujourd’hui d’atteindre une maturité industrielle.

Les machines permettent en effet de fabriquer des moules couche par couche par impression sélective, directement à partir d’un fichier CAO. Elles ouvrent ainsi la voie à de nouvelles possibilités :

  • La réalisation de formes complexes jusqu’à là impossibles à réaliser en fonderie traditionnelle sable.
  • Un raccourcissement des délais et une réduction des coûts dues à la suppression des outillages.
  • L’intégration de ces nouvelles technologies dans une fonderie traditionnelle ne s’improvise pas et requiert des connaissances techniques et des savoir-faire spécifiques : adaptation des études de moulage, simulation numérique, maîtrise de la précision dimensionnelle et des états de surfaces, gestion des gaz, solutions hybrides (moulage traditionnel/impression 3D).

Fort de ce constat, l’UFSE (Union des Fondeurs du Sud Est) qui mène des actions de soutien aux fondeurs adhérents de la Région Sud-Est, a souhaité promouvoir un programme R&D tripartite USFE, CTIF et Lycée Hector Guimard sur la promotion des technologies d’impression 3D des moules et des noyaux en sable.

RÉSULTATS

Dans le cadre de ce projet, les résultats attendus sont la réalisation de deux démonstrateurs :

  • Une pièce en alliage cuivreux CuSn5Pb2, et
  • Une pièce en alliage cuivreux CuCr1,

et la caractérisation mécanique des moules obtenus conventionnellement et par impression 3D.

 

Pour clore le projet, un plan d’expériences a été mené conjointement avec la fonderie Saint-Gobain Seva (SGV), le lycée Hector Guimard de Lyon (LHG) et le CTIF.

Il a permis d’évaluer l’impact du mode de réalisation des noyaux (notamment impression 3D sable) et de leur enduction sur la qualité des pièces coulées telle que l’état de surface, la présence d’abreuvage, d’érosion et de fissures.

Le choix de l’alliage de coulée s’est porté sur un acier austénitique 25-20 (25% de chrome et 20% de nickel) couramment coulé dans la fonderie SGV pour l’industrie des pare-brises automobiles.

Il en ressort que :

  • L’impression des moules est plutôt favorable pour obtenir un bon état de surface et pour minimiser voire éviter les fissures sur les pièces.
  • A contrario, le serrage conventionnel des noyaux est pertinent pour limiter l’abreuvage et l’érosion des sables certainement dus à une homogénéité plus élevée de la résine au sein du noyau.
  • Concernant la nature du sable, la chromite est sans surprise plus performante ; principalement due à ses bonnes caractéristiques thermiques telle qu’une faible dilation et une diffusivité de chaleur plus élevée.
  • Il en va de même pour l’enduit à base de zircon qui accroît la réfractarité du moule et améliore ainsi l’état de surface et limite l’abreuvage et l’érosion des pièces. L’absence d’enduit est plutôt favorable pour limiter les fissures en ne créant probablement pas de différence de vitesse de refroidissement à la surface de la pièce propice aux faibles contraintes superficielles.
  • Concernant la prise des noyaux, la résine a-set a permis une qualité de pièces globalement intéressante certainement due à sa polymérisation partielle qui lui confère lors de la coulée une dégradation décalée dans le temps pour limiter ainsi l’abreuvage et générer un état de surface régulier de la pièce.
  • Il est constaté une qualité de surface dégradée au droit des noyaux de faibles diamètres où la quantité de chaleur absorbée par unité de volume de sable est la plus importante.

Un article précédent issu du projet FASSE et portant sur la caractérisation des sables (silice, chromite) mis en œuvre en fabrication additive indirecte a déjà été publié sur MetalBlog, le blog des passionnés de la métallurgie, animé par CTIF.

Article publié dans la revue Forge Fonderie, N° 21, 2020. Article à consulter ici.

Vidéo

CTIF en bref

  • 1 fonderie semi-industrielle
  • 3 plate-formes d'essais
  • 8 imprimantes 3D métal
  • 1 centre de calcul
  • 5 000 m² de laboratoires
  • 1 centre de formation
  • 1 service de veille/prospective
  • 5 antennes régionales
  • 110 personnes
  • 70 ans d’expérience
  • Ils nous font confiance

    Plus de 400 entreprises ont déjà fait confiance au CTIF.