En matière de fabrication additive, la précision n'est pas seulement une mesure technique ; c'est souvent le facteur décisif pour déterminer si une pièce imprimée peut remplacer un composant usiné ou moulé. Pour les ingénieurs qui évaluent la fabrication additive par arc électrique (WAAM), l'une des premières questions est généralement la suivante : "Quelle est la précision ? "Quelle est sa précision ?"
Le WAAM est connu pour sa capacité à produire des pièces métalliques structurelles à grande échelle par soudage robotisé. Mais comme il s'agit d'un processus de dépôt qui utilise du métal en fusion, sa précision et sa finition de surface diffèrent des technologies basées sur des poudres fines. Cela ne signifie pas qu'il est imprécis, mais que les attentes, les approches de conception et les méthodes de post-traitement doivent être alignées sur ce que le WAAM fait de mieux.
Dans cet article, nous allons décomposer le concept de précision du WAAM, explorer les tolérances auxquelles vous pouvez vous attendre et expliquer comment des outils tels que MetalXL et le post-usinage aident le WAAM à répondre aux normes industrielles exigeantes.
Que signifie le terme "précision" dans le cadre du WAAM ?
Dans la fabrication additive, la précision fait référence au degré de correspondance entre la pièce imprimée et la géométrie prévue dans le modèle CAO. Cela inclut les tolérances dimensionnelles (telles que la largeur, la hauteur et l'emplacement des trous) et la rugosité de la surface. Dans le WAAM, ces résultats sont déterminés par plusieurs facteurs clés :
- Paramètres de soudage (courant, tension, vitesse)
- Précision des mouvements du robot
- Accumulation de chaleur et comportement de refroidissement
- Matériau du fil et stratégie de dépôt
Comme le WAAM fabrique des pièces en superposant des billes de métal en fusion, il faut s'attendre à une certaine distorsion thermique. La résolution n'est pas définie par la taille du point laser (comme dans le cas du SLM), mais par la largeur du cordon de soudure qui varie généralement entre 2 et 8 millimètres en fonction de la buse et des réglages. Le WAAM est donc moins adapté aux caractéristiques extrêmement fines, mais idéal pour les pièces structurelles d'une complexité modérée et d'une épaisseur de paroi généreuse.
Quelles sont les tolérances que l'on peut attendre du WAAM ?
Les pièces de WAAM imprimées se situent généralement dans la plage de ±1 à 3 mm en fonction de la géométrie, de la taille et du matériau. Ces tolérances sont souvent suffisantes pour une production proche de la forme nette, en particulier lorsque les pièces sont ensuite usinées.
Quelques fourchettes pratiques :
- Caractéristiques plates ou planes : ±1 mm sur 300 mm
- Caractéristiques cylindriques ou circulaires : Tolérance de ±1,5 mm sur le diamètre
- Cohérence de l'épaisseur de la paroi : ±5% de variation typique
- Rugosité de surface (Ra) : généralement de 50 à 100 µm, en fonction du matériau.
Il est important de concevoir les pièces WAAM avec surépaisseurs d'usinage à l'esprit, en particulier dans les domaines exigeant une grande précision, tels que :
- Trous filetés
- Faces d'étanchéité
- Surfaces de montage
- Alésages et tourillons
Le fait de prévoir 1 à 3 mm de matériau supplémentaire pour la finition garantit que la pièce finale répond aux exigences fonctionnelles et esthétiques sans nécessiter de post-traitement excessif.
Comment le logiciel MetalXL améliore la précision du WAAM
Chez MX3D, nous utilisons MetalXL, notre plateforme de contrôle WAAM propriétaire, pour améliorer la précision grâce à le contrôle et l'enregistrement du processus en temps réel . MetalXL surveille et ajuste les paramètres clés pendant la construction, y compris :
- Longueur de l'arc et vitesse de dépôt
- Hauteur de la couche et apport thermique
- Optimisation du parcours d'outil pour le mouvement du robot
Il en résulte un placement plus cohérent des perles et une réduction des erreurs cumulées sur des pièces de grande taille. MetalXL fournit également une traçabilité complète pour chaque fabrication, y compris des cartes thermiques, des journaux de capteurs et des historiques de fabrication, ce qui est essentiel pour la certification et la répétabilité.
Grâce à une planification précise des mouvements, à une compensation intelligente et à une prise en compte de la température, MetalXL permet à WAAM de respecter des tolérances plus strictes tout en réduisant les essais et les erreurs et les déchets.
Post-traitement : De la forme du filet à la tolérance finale
Comme le WAAM excelle dans la construction de pièces solides et de forme presque nette, la plupart des composants sont finis avec des procédés soustractifs . L'usinage, le meulage ou les traitements de surface sont utilisés pour rendre la pièce finale conforme aux spécifications.
Le post-traitement typique comprend
- Fraisage CNC pour la planéité et la netteté des arêtes
- Tournage pour les éléments cylindriques
- Perçage pour les trous filetés ou les boulons
- Traitement thermique pour réduire les contraintes résiduelles ou mesurer les caractéristiques du matériau
Pour de nombreux cas d'utilisation industrielle, tels que les brides pour le pétrole et le gaz, les supports maritimes ou les bras de machines lourdes, cette approche hybride (WAAM + usinage) offre la meilleure combinaison de rentabilité, de rapidité et de précision. meilleure combinaison de rentabilité, de rapidité et de précision. .
Et comme le WAAM commence avec des fils de qualité industrielle, les propriétés du matériau après usinage sont équivalentes à celles produites par des méthodes de fabrication plus traditionnelles.
Précision du procédé WAAM par rapport aux autres procédés d'AM
Bien que le WAAM n'atteigne pas la précision de l'ordre du micron de la fusion laser sur lit de poudre, il est beaucoup plus évolutif et pratique pour les grandes pièces métalliques . Voici comment le WAAM se compare aux autres procédés d'AM :
| Technologie | Taille du bâtiment | Plage de tolérance | Finition de la surface | Idéal pour |
| WAAM (DED - fil) | >1 mètre possible | ±1-3 mm | 50-100 µm Ra | Pièces structurelles, grandes constructions métalliques |
| SLM (poudre laser) | <300 mm typical | ±0,1-0,3 mm | 10-20 µm Ra | Petites pièces de précision détaillées |
| EBM (poudre) | ~200-400 mm | ±0,2-0,5 mm | 30-50 µm Ra | Aérospatiale, pièces en titane |
| Jetting de liant | ~100-200 mm | ±0,5-1,0 mm (avant frittage) | 20-50 µm Ra | Prototypes, pièces à faible charge |
Ce qu'il faut retenir : Le WAAM est suffisamment précis pour une large gamme d'applications industrielles, en particulier lorsqu'il est associé à l'usinage. Pour les pièces de plus de 500 mm, c'est souvent le seul moyen rentable d'obtenir une géométrie proche de la géométrie finale avec une intégrité structurelle prouvée.
Conclusion : Le WAAM offre à l'industrie une précision pratique et évolutive
La fabrication additive par arc électrique n'est peut-être pas conçue pour les micromètres, mais elle répond exactement aux besoins de nombreuses industries : des composants métalliques reproductibles et certifiables à grande échelle, avec une précision contrôlable.
En comprenant les tolérances naturelles du processus et en appliquant les meilleures pratiques en matière de conception, de logiciel et de post-traitement, les ingénieurs peuvent utiliser en toute confiance le WAAM pour remplacer les pièces moulées, forgées ou fabriquées. Il en résulte des délais d'exécution plus courts, une réduction des déchets et des coûts de production, sans sacrifier la qualité ou les performances que requièrent les composants critiques.
Si vous vous demandez si les tolérances WAAM sont suffisantes pour votre application, MX3D peut vous aider à effectuer un contrôle de faisabilité ou à produire un prototype pour valider les performances.
