Les mandrins produits par FA offrent de nouvelles opportunités aux fabricants de composites

La fabrication additive (FA) a la capacité de perturber les processus industriels et de faciliter l’obtention de résultats innovants, rentables et rapides par rapport aux processus de production traditionnels. Coïncidant avec la croissance rapide de la demande de produits fabriqués à partir de matériaux composites – qui sont intrinsèquement plus solides, plus légers et plus résistants à l’environnement que les matériaux conventionnels – la FA est aujourd’hui prête à révolutionner la production de composites dans les secteurs de la défense, de l’aérospatiale et d’autres industries. Dans ces secteurs, il peut (entre autres) être utilisé pour créer des mandrins pour conduits et des évents pour des applications de gestion de l’air, des fluides et de l’énergie.

Les mandrins sont un outil essentiel lors de la fabrication de pièces et de composants composites creux. Au cours du processus de fabrication, le mandrin est inséré à l’extrémité d’un tube ou d’un tuyau et maintenu en place pendant que l’objet se forme autour de lui. Cela garantit que le produit fini conserve sa forme et sa taille.

Traditionnellement, le type de mandrin le plus courant est fabriqué à partir d’acier, mais l’aluminium et d’autres métaux peuvent également être utilisés. Ces mandrins, cependant, peuvent avoir des applications limitées et peuvent être coûteux. Cet article expliquera aux ingénieurs de tous les secteurs industriels pertinents comment leurs processus de fabrication peuvent être simplifiés et optimisés grâce à l’utilisation de la FA pour produire des mandrins comme outils sacrificiels pour la fabrication de composites.

Les matériaux composites, largement utilisés dans de nombreux secteurs manufacturiers, sont des matériaux composés de deux ou plusieurs composants distincts. Ces composants peuvent être une combinaison de métaux, de polymères, de céramiques, de fibres et de diverses autres substances, selon l’application. Les matériaux composites sont utilisés dans une variété d’applications industrielles parce qu’ils offrent un certain nombre d’avantages par rapport aux matériaux traditionnels, tels que le fait qu’ils sont légers permettant une efficacité énergétique, et présentent une résistance accrue, une stabilité accrue, une résistance accrue à l’usure et une résistance accrue aux intempéries et aux dommages environnementaux.

Les matériaux composites sont également plus faciles à fabriquer et à mouler en formes complexes que le métal, le plastique et la céramique. En combinant différents types de matériaux, les ingénieurs peuvent créer des matériaux qui répondent à des exigences spécifiques et fournissent un service durable à de nombreuses industries. Avec la demande croissante de matériaux composites, il est clair que ces matériaux polyvalents continueront à jouer un rôle important dans l’industrie pour les années à venir.

Production de mandrin conventionnel vs AM

Les méthodes traditionnelles de fabrication du mandrin existent depuis des siècles et sont encore utilisées aujourd’hui. Il existe trois principales méthodes traditionnelles de fabrication des mandrins: le moulage, le forgeage et l’usinage.

Le moulage est la méthode la plus courante de fabrication de mandrins industriels. Dans ce processus, le métal fondu est versé dans un moule qui a la forme du mandrin souhaité. Le métal refroidit et durcit, et le mandrin est ensuite retiré du moule. Dans le processus de forgeage, un morceau de métal est chauffé jusqu’à ce qu’il soit malléable, puis il est façonné dans le mandrin désiré à l’aide de marteaux et d’autres outils. Dans le processus d’usinage, une pièce de métal est coupée ou fraisée dans la forme souhaitée à l’aide de tours, de fraiseuses ou d’autres machines-outils.

L’utilisation de technologies conventionnelles de production de mandrin présente un certain nombre d’inconvénients, dont le principal est qu’elles prennent souvent beaucoup de temps, exigent beaucoup de main-d’œuvre, génèrent souvent beaucoup de déchets et qu’elles sont limitées dans l’étendue de la complexité géométrique qui peut être atteinte.

La FA peut être utilisée pour créer des mandrins avec des géométries complexes qui seraient difficiles ou impossibles à produire en utilisant des méthodes traditionnelles. La FA offre une approche plus flexible qui peut créer des mandrins avec des conceptions complexes et des caractéristiques internes extrêmement rapidement, sans avoir besoin d’outils de coupe coûteux. Les méthodes traditionnelles de production de mandrin nécessitent également la production de plusieurs pièces s’il existe des géométries ou des surplombs complexes, etc., sinon il ne serait pas possible d’enlever le noyau du mandrin. La production de plusieurs pièces entraîne des coûts supplémentaires, prend du temps et ouvre la possibilité d’erreurs et de retouches.

Les avantages de l’utilisation de la FA pour fabriquer des mandrins comprennent des coûts d’outillage réduits, des délais plus courts et une plus grande flexibilité dans la conception. Les mandrins fabriqués de manière additive peuvent être fabriqués rapidement et facilement à partir d’un fichier numérique, ce qui les rend idéaux pour les séries de production de courte durée ou ponctuelles. De plus, ils offrent aux concepteurs une plus grande liberté en termes de forme et de géométrie par rapport aux techniques traditionnelles.

La solution Massivit

Massivit 3D a développé un procédé d’impression exclusif pour produire des mandrins solides et durables. Il s’agit d’une solution très innovante pour la production de pièces composites, offrant des avantages significatifs par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles et permettant la production de pièces composites de haute qualité avec des délais et des coûts réduits.

L’un des principaux avantages de l’utilisation de la FA pour fabriquer des mandrins, comme nous venons de le mentionner, est qu’elle permet des conceptions beaucoup plus complexes que les méthodes d’usinage traditionnelles. Avec la FA, il n’y a aucune contrainte sur les formes géométriques qui peuvent être produites, ce qui signifie que les mandrins peuvent être fabriqués avec des motifs très complexes. Cela ouvre une toute nouvelle gamme de possibilités pour les conceptions de mandrin et signifie qu’elles peuvent être conçues sur mesure pour répondre aux besoins spécifiques d’une application particulière.

À mesure que la demande de pièces composites augmente, le besoin de solutions de production plus efficaces et rentables augmente également. Massivit a développé le système Massivit 10000 AM pour répondre à ces exigences. La machine utilise la technologie Cast In Motion (CIM) en combinaison avec la méthode brevetée Gel Dispensing Printing (GDP) de Massivit 3D. Il permet la coulée directe du moule dans une coque sacrificielle imprimée en 3D. Pour ce faire, le Massivit 10000 utilise un système à double tête, une technologie brevetée ultra-rapide, et pour les mandrins utilise un matériau cassable à l’eau qui s’effrite dans l’eau. Tous ces éléments permettent aux fabricants de produire des mandrins complexes en quelques heures au lieu de plusieurs semaines.

Le matériau cassable à l’eau de Massivit est parfaitement adapté à la production de mandrins. De toute évidence, l’une des caractéristiques les plus remarquables du matériau est qu’il s’effrite dans l’eau. Cela permet au mandrin d’être facilement retiré du produit final après la production. Le matériau est également léger (ce qui le rend facile à manipuler et à transporter pendant le processus de production); solide et durable (ce qui lui permet d’être utilisé pour une variété d’applications de mandrin); respectueux de l’environnement (minimisant les déchets par rapport aux méthodes soustractives et minimisant le besoin d’entreposage extensif des matériaux); et rapide, avec des mandrins imprimant en quelques heures.

Étude de cas

Pour illustrer la nature perturbatrice de l' Approche 3D de Massivit pour la production de mandrin, cette étude de cas examine les étapes du processus de fabrication d’un mandrin pour la société Kanfit, qui dessert les secteurs de la défense et de l’aérospatiale. Le mandrin commandé devait être imprimé dans le matériau cassable à l’eau de Massivit, et la surface extérieure du moule imprimé devait être très lisse.

Premier, un modèle CAO du mandrin avec des dimensions X 381 mm, Y 191 mm et Z 567 mm a été créé. Pour l’aligner de manière optimale sur la technologie d’impression 3D de Massivit, la zone de bride du modèle a été étendue numériquement pour une meilleure fabrication de layup, et la paroi du moule a été conçue avec trois contours d’impression d’une largeur finale de 5,4 mm pour résister aux pressions de vide au stade de la fabrication. À partir du fichier CAO fini, le code G du mandrin a été créé sur le logiciel de trancheuse Massivit Smart. L’impression a été conçue pour utiliser un minimum de temps et de matériel, et n’a pris au total que 8 heures. Le mandrin a été produit à l’aide du matériau photopolymère DIM WB cassable à l’eau de Massivit.

La pièce a ensuite été post-traitée. La surface a été poncée et une couche d’époxy a été appliquée pour rendre la surface du mandrin étanche à l’air.

Pour l’étape de couchage, le mandrin a été installé sur un gabarit rotatif, permettant l’application de feuilles d’époxy et de fibre de carbone (6 au total) autour de l’outil. Une fois revêtu de fibre de carbone, le moule est entré dans le processus de vide, où il est resté sous pression sous vide pendant 3 heures. Il a ensuite été retiré et laissé au repos pendant 24 heures avant la guérison finale.

Le moule fini a été placé dans de l’eau pure pendant 24 heures, et tous les restes du matériau cassable à l’eau ont été retirés de la peau. Le mandrin a ensuite été taillé et validé par le service de contrôle de la qualité avant d’être relâché.

L’utilisation de la FA pour produire le mandrin autour duquel les pièces composites de ces applications sont fabriquées introduit une simplification et une rationalisation du processus de production de composites par rapport à la production de mandrin héritée.

Résumé

Les mandrins fabriqués à l’aide de la FA ont le potentiel de révolutionner la façon dont les pièces et les composants composites sont fabriqués. Les mandrins produits à l’aide de la FA offrent plusieurs avantages par rapport aux mandrins fabriqués traditionnellement. Ils sont plus légers, plus précis et peuvent être facilement personnalisés pour répondre aux besoins spécifiques de chaque pièce. Il en résulte des temps de production plus rapides et une réduction des déchets. De plus, les mandrins fabriqués à l’aide de FA peuvent être produits à partir de matériaux avancés tels que le matériau cassable à l’eau de Massivit qui simplifie l’enlèvement.

Cela permet la production de pièces composites de meilleure qualité et plus fiables. L’avenir de la fabrication de pièces composites est prometteur avec l’avènement des mandrins fabriqués de manière additive, et cette technologie et Massivit’s 10000 sont sur le point de révolutionner l’industrie.

Massivit