Pour augmenter la productivité et diminuer les coûts en fabrication additive (FA), il faut penser différemment lors de la conception d’une pièce et fabriquer par lot.

En 2017, Poly-Shape a travaillé sur un support d’actionneur de wastegate, soupape de décharge qui régule la pression du turbo d’une voiture. Le cahier des charges a été modifié pour une question de confidentialité, mais également afin de renforcer les caractértistiques de la pièce, tout en gardant sa fonctionnalité première. Le but a été d’alléger la pièce, tout en diminuant les déplacements et en garantissant une meilleure tenue mécanique. Poly-Shape a utilisé pour cela la fabrication additive métallique. Les avantages de celle-ci sont nombreux. Tout d’abord, elle offre une liberté de conception jamais obtenue auparavant, permettant la création de pièces aux géométries complexes. Ensuite, elle permet une économie de la matière première et d’énergie non négligeable, ce qui a une incidence directe sur le coût final de chaque production. Enfin, la flexibilité de ce procédé permet une optimisation de chaque pièce (réduction de poids, ajout de fonctions, etc), selon les attentes des cahiers des charges ou les directives des départements de R&D.

Le projet

A l’origine, il s’agit d’une pièce réalisée de manière traditionnelle, en alliage d’aluminium, avec deux renforts soudés. Afin d’alléger la pièce, tout en diminuant les déplacements et en garantir la tenue mécanique, Poly-Shape a fait appel à la technologie de l’impression 3D métal, utilisant un alliage d’aluminium (AlSi7Mg0.6) et une conception basée sur une l’optimisation topologique, afin de créer une répartition judicieuse de la matière. La véritable difficulté était de pouvoir reproduire cette pièce en grand nombre pour convenir aux cadences et aux coûts d’une fabrication en série. L’utilisation d’une quantité réduite de matière par pièce et une stratégie d’imbrication des pièces entre elles ont permis de répondre efficacement à cette problématique, en minimisant les temps de production, tout en favorisant le nombre de pièces par plateau. « Grâce à la fabrication additive, la quantité de matières est minimisée en fonction des sollicitations mécaniques de l’actionneur, soit un coût de fabrication réduit. La géométrie de la pièce est modifiée pour limiter la quantité de support, et donc le temps de fabrication et de retrait de ces supports qui seront éliminés lors des reprises d’usinage, voire directement à la main. Nous avons donc réadapté le design pour permettre l’empilement des pièces et produire en une seule fois un maximum de pièces sur un même plateau, permettant de limiter les coûts de mise en route et nettoyage machine », explique Jérémy Cousin, training manager de Poly-Shape.

Le résultat

Ainsi, sur un même plateau, en utilisant le procédé de fusion de poudre par laser LBM (Laser Beam Melting), Poly-Shape a pu produire en même temps 228 pièces réparties en 76 colonnes, 5 cubes de porosité et 13 éprouvettes de traction réparties sur 5 colonnes, pour garantir le contrôle des pièces sur l’ensemble de la hauteur de fabrication. A la suite, une étape de tribofinition, réalisée en temps masqué et en quantité simultanée importante, vient parachever la surface des pièces.