CT-scans pour l'impression 3D

WENZEL America et NIDEC poursuivent leur partenariat afin d'étudier le potentiel du scanner exaCT U de WENZEL dans la recherche sur la fabrication additive par dépôt d'énergie dirigé (DED). Ce système, intégré dans le système LAMDA de NIDEC Machine Tool America, utilise une technologie de pointe pour traiter même les métaux les plus durs.

Depuis l'introduction de la fabrication additive au Japon en 1987, de nombreuses nouvelles applications ont vu le jour, utilisant différentes technologies pour transformer des fichiers CAO en objets physiques en 3D. Aujourd'hui, même les objets et les formes les plus complexes sont reconnus et largement utilisés dans de nombreux secteurs. Dans cet article, nous nous intéressons à la séparation par énergie dirigée (DED) et aux possibilités d'utiliser cette technologie pour garantir la qualité des produits.

LP-DED (Laser Powder-Directed Energy Deposition) est un puissant procédé de fabrication additive (AM) dans lequel un faisceau laser focalisé fait fondre et lie des poudres métalliques couche par couche pour créer un objet 3D souhaité. La poudre métallique est introduite dans le bain de fusion généré par le laser via une buse, ce qui permet un placement précis du matériau et la création de caractéristiques de conception complexes.

Par rapport à d'autres procédés AM comme la fusion sur lit de poudre, le LP-DED offre une plus grande flexibilité car il peut travailler directement sur des composants existants. Cela en fait un procédé idéal pour les réparations, l'ajout de caractéristiques à des pièces existantes et la création de structures fonctionnellement échelonnées, où les propriétés du matériau varient au sein de l'objet. De plus, la LP-DED peut traiter un plus large éventail de matériaux, y compris les métaux qui sont difficiles à traiter avec d'autres procédés.

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Un grand avantage

L'un des principaux avantages du système LAMDA LP-DED de NIDEC est sa capacité à réaliser la fabrication additive de métaux à grande échelle, sans avoir recours à une chambre d'environnement complète. Cela est possible grâce à un blindage local - une enceinte de gaz entourant la zone de revêtement. Ce blindage minimise l'interaction du laser et de la poudre métallique avec l'environnement, réduisant ainsi le risque de vapeurs, de projections et d'oxydation. Cela simplifie non seulement la mise en place, mais réduit également les coûts et la consommation d'énergie par rapport aux systèmes AM basés sur une chambre.
L'utilisation de la surveillance et du retour d'informations en temps réel par NIDEC pour contrôler le processus constitue une avancée significative. Combinés à l'intelligence artificielle et à l'apprentissage automatique, les systèmes LAMDA peuvent détecter les anomalies à un stade précoce et arrêter automatiquement le processus avant que la pièce ne soit endommagée.

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Grâce à la combinaison de la diversité des matériaux, des possibilités de réparation et de la capacité de fabrication à grande échelle, la LP-DED est un outil précieux pour différents secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile et l'énergie. Au fur et à mesure que la recherche et le développement continuent d'améliorer le contrôle des processus et la compréhension des matériaux, la LP-DED devrait jouer un rôle encore plus important dans l'avenir de la fabrication additive.

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La tomodensitométrie (TDM) industrielle est une méthode de contrôle non destructive avancée qui permet d'obtenir des vues internes détaillées des composants, en pénétrant même des matériaux tels que le métal et le plastique. Associée à un logiciel approprié, la TDM industrielle devient un outil puissant pour l'ingénierie et la métrologie. La technologie de la TDM existe depuis des décennies et permet des inspections rapides, rendant visibles les structures internes qui restent cachées avec les méthodes de mesure traditionnelles, améliorant ainsi la rentabilité et la productivité. Contrairement aux autres machines d'inspection, la TDM offre une analyse approfondie des structures internes, de la nature des matériaux et des points de défaillance potentiels.

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Les systèmes de tomodensitométrie sont d'une valeur inestimable dans le contrôle des matériaux et offrent une possibilité unique de découvrir des caractéristiques cachées dans les métaux. Dans la technologie DED (dépôt d'énergie dirigé) en particulier, il est essentiel de connaître la qualité du matériau lorsque l'on ajoute de nouvelles caractéristiques à des pièces existantes ou que l'on crée des structures à niveaux fonctionnels dans lesquelles les propriétés du matériau varient au sein de l'objet. Les systèmes de tomodensitométrie mesurent avec précision la densité du matériau, ce qui permet de tirer des conclusions sur sa résistance et sa durabilité. Ils peuvent également détecter les pores susceptibles d'altérer les performances du matériau et les fissures invisibles à l'œil nu, mais qui pourraient entraîner une défaillance catastrophique du produit.

Une autre application importante des systèmes de TDM est la vérification de la précision dimensionnelle d'un composant, afin de s'assurer qu'il respecte les dimensions et les tolérances spécifiées. Cette capacité est essentielle dans les industries de précision. Cela peut être réalisé par une comparaison théorique/réelle, où le dessin CAO de la pièce est comparé au scanner réel de la même pièce. Dans les cas où les données CAO ne sont pas disponibles, les données de scan d'une pièce de référence peuvent également être comparées aux données de scan de la pièce à contrôler.

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Les défauts les plus courants qui apparaissent avec le DED (dépôt d'énergie dirigé) sont la porosité et les fissures. Ceux-ci peuvent être causés par des impuretés qui sont piégées dans la pièce pendant le processus de fabrication additive. L'analyse du processus DED permet d'identifier des défauts potentiels tels que des bavures, des cavités, des fissures, de la porosité, des lignes de surface et une rugosité de surface accrue. De tels défauts de dépôt représentent un défi considérable, tant pour le procédé PBF que pour le procédé DED, et leur élimination est une tâche complexe et exigeante. Heureusement, en mesurant et en détectant ces défauts, le dernier logiciel de TDM permet d'avoir un aperçu précieux des corrections nécessaires pour garantir des produits de la plus haute qualité.

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Porosité et cavités

La porosité et les vides sont des problèmes fréquents dans les pièces coulées et moulées par fabrication additive. Ils sont souvent dus à des poches d'air ou de gaz emprisonnées dans le métal pendant la solidification ou à la contraction du métal, qui laisse des vides à l'intérieur, ce qui est connu sous le nom de porosité de retrait. Comme la porosité est constituée d'air emprisonné, elle peut être détectée comme une zone de faible densité lors de l'analyse par scanner, ce qui facilite la détection.

Un logiciel approprié est essentiel pour déterminer avec précision la porosité due aux variations de densité. WM | PointMaster de WENZEL est un outil d'analyse CT qui identifie les porosités d'un simple clic. Il permet à l'ingénieur d'assurance qualité de mesurer et de visualiser facilement la taille, la forme et les clusters possibles des porosités. L'opérateur peut définir une plage de tailles de porosités et les identifier par un code couleur pour faciliter l'identification et éviter de détecter des porosités trop petites. La TDM est particulièrement efficace pour détecter les porosités piégées dans les pièces imprimées. Les types de porosité comprennent la porosité continue, qui s'étend sur toute la pièce, et la porosité aveugle, qui apparaît typiquement sur une surface de la pièce. La détection de la porosité doit se concentrer sur les zones usinées et autres sections critiques soumises à de fortes contraintes.

Le système de tomodensitométrie présente certaines limites en termes de résolution et de capacité de pénétration. Le choix du tube à rayons X, du détecteur ainsi que le positionnement de l'objet dans la zone de balayage influencent considérablement le grossissement et la résolution maximum. Certains systèmes de TDM proposent des extensions de champ de balayage qui permettent de fusionner plusieurs champs afin de couvrir une zone de balayage plus large. La résolution est également déterminée par la précision de la table rotative, qui détermine l'épaisseur de la couche scannée.

La taille du voxel (v) d'une reconstruction tomographique peut être calculée selon la formule v = p M (1), où p est la distance entre les pixels du détecteur et M le rapport entre SOD (Source-to-Object Distance) et SDD (Source-to-Detector Distance). Toutefois, la valeur réelle de v est également déterminée par des facteurs tels que la dérive de la source de rayons X, la dilatation thermique des composants du scanner, l'inclinaison du détecteur et de la lame, ainsi que d'autres influences.

Avec un réglage optimal, nous devrions être en mesure de détecter et de mesurer avec une grande fiabilité des cavités, des obstructions et des fissures dans une plage de 21µ à 26µ. Avec un angle précis, nous pouvons même les détecter encore mieux. Lors de la mesure des arêtes, la transition de densité ne devrait pas dépasser trois pixels et la netteté d'une arête devrait idéalement être d'environ 3 à 4 pixels.

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Fissures et fractures internes

La recherche des causes de la formation de fissures et de la phase exacte dans le processus de fabrication peut être extrêmement complexe. La localisation de la fissure et l'observation de sa propagation à travers l'objet peuvent fournir des indications décisives pour la résolution du problème.

Dans de nombreux cas, une technologie de TDM haute résolution comme le système exaCT est nécessaire pour détecter avec précision les fissures dans les pièces imprimées. Les fissures sont souvent irrégulières et peuvent traverser une pièce dans différentes directions. Il est particulièrement important d'identifier les fissures dues à un refroidissement irrégulier pendant le processus de fabrication. Ces fissures, comme les porosités, peuvent être visualisées et colorées à l'aide du logiciel WM | PointMaster afin d'analyser les propriétés du matériau et le processus de fabrication. La technologie CT est particulièrement utile pour étudier la migration des fissures dans les pièces qui ont été soumises à des tests de traction.

Un exemple remarquable de l'utilisation de la TDM dans l'étude de la migration des fissures est l'analyse des tests balistiques sur les gilets pare-balles. Dans ce cas, il est possible de montrer comment les couches de polyuréthane se séparent après un test balistique, tout en préservant l'intégrité globale du matériau et sa capacité à résister à des projectiles tels que des balles ou des éclats de shrapnel.

Le logiciel WM | PointMaster peut fournir des mesures sous-voxel de tomodensitométrie pour évaluer la forme, la résistance et les effets des fissures sur le matériau.

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Ecarts de géométrie interne

La tomodensitométrie fournit des données détaillées sur l'intérieur et l'extérieur des pièces les plus complexes. Après le démoulage, les pièces en plastique subissent souvent des déformations dues au rétrécissement et à la déformation. Pour contrer ces effets, on procède généralement à un moulage compensé pendant le processus de moulage par injection. La pièce en plastique est d'abord mise dans une "fausse" forme, puis, après refroidissement, elle prend la forme finale souhaitée par rétraction et déformation et se rapproche le plus possible de la forme théorique.

Traditionnellement, la géométrie de l'outil est adaptée par un réusinage itératif (fraisage, meulage ou érosion). Cependant, ce processus est coûteux et peut entraîner l'impossibilité de réutiliser le moule.

Avec la déformation virtuelle, les spécifications de déformation peuvent être dérivées de systèmes de simulation ou de résultats de mesure de pièces réellement scannées. Cela permet à WM | PointMaster de calculer automatiquement le résultat de la déformation en tenant compte de facteurs tels que les volumes locaux, le rétrécissement et l'expérience du fabricant d'outils. La géométrie compensée en déformation calculée automatiquement est ensuite convertie en modèles surfaciques CAO à l'aide des puissantes fonctions de rétroaction surfacique de WM | PointMaster et WM | Quartis, dans lesquelles les données d'outillage existantes sont intégrées.

Pour les composants critiques fabriqués par fabrication additive, la série WENZEL exaCT offre des mesures précises de la géométrie interne et externe ainsi qu'une détection fiable des défauts. Regardez cette courte vidéo pour avoir un aperçu graphique de cet outil précieux.

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