L’histoire de l’impression 3D de sable est intrigante. Tout a commencé à la fin des années 90 avec une société allemande nommée Generis en collaboration avec le MIT, c’est-à-dire le Massachusetts Institute of Technology aux États-Unis.

La société s’est concentrée sur l’impression 3D de sable pour les moules de coulée de métal tandis que l’université a développé et breveté la technologie de jet de liant métallique 3DP.

Leurs efforts ont conduit à la construction des premières imprimantes disponibles dans le commerce qui ont été proposées au milieu des années 2000.

Au fil du temps, la formalité s’est infiltrée et les accords de licence et la division de Generis ont conduit à deux sociétés VoxelJet et ExOne. Actuellement, ces deux règles dominent le marché de l’impression 3D sur sable.

Pour savoir comment la relance du moulage au sable améliore la qualité des pièces et bien plus encore, nous devrons nous attarder au cœur du moulage au sable ainsi qu’à la manière la plus récente et la plus avancée de le faire, à savoir le moulage au sable par impression 3D.

Et c’est exactement ce que nous allons faire dans cet article. En commençant par le moulage au sable traditionnel, nous allons vous faire découvrir la révolution que l’impression 3D lui a apportée et enfin atterrir au cœur de cet article.

Non seulement cela, mais nous vous donnerons également quelques recommandations pour les meilleures imprimantes 3D de sable, car il y en a beaucoup sur le marché qu’il est difficile de décider laquelle acheter.

Qu’est-ce que le moulage au sable ?

C’est le plus ancien procédé de moulage connu de l’histoire. Les racines du moulage au sable remontent à plus de 1000 ans avant JC. D’autres technologies pour produire des pièces ont également parcouru un très long chemin, mais les principes fondamentaux du métal sont relativement inchangés.

Les bases consistent à créer une cavité sous la forme de la pièce souhaitée, puis à y verser du métal en fusion. Cela dit, il y a beaucoup de choses que vous devez parcourir avant la création réelle de la pièce. Voici ce lot.

Quel est le processus de moulage au sable pour la fabrication d’une pièce ?

Quel est le processus de moulage au sable de fabrication d'une pièce

Ci-dessous, une procédure par étapes pour fabriquer une pièce par moulage au sable est mentionnée ci-dessous.

Étape 1 : fabrication de moules

Dans un processus de moulage de consommables, cette étape doit être effectuée pour chaque coulée. Un moule en sable est créé en entassant le sable dans chaque moitié du moule.

Ensuite, le sable est tassé autour du motif, c’est-à-dire une réplique de la forme extérieure du moulage. Dès que le modèle est retiré, la cavité qui devrait former le moulage reste.

Les caractéristiques internes de la pièce moulée qui ne peuvent pas être formées par le motif sont créées par des noyaux séparés en sable. Mais c’est avant la formation du moule.

Le calcul du temps de fabrication du moule comprend :

  1. Positionnement du motif.
  2. Emballer le sable
  3. Suppression du motif.

De plus, le temps de fabrication du moule est affecté par la taille de la pièce pour laquelle vous formez le moule. En plus de cela, par le nombre de noyaux, et enfin, par le type de moule en sable.

Dans le cas où le type de moule nécessite un chauffage ou un temps de cuisson, la fabrication du moule augmentera évidemment. De plus, une lubrification est parfois appliquée sur les surfaces de la cavité du moule. Ceci est fait pour faciliter le retrait de la coulée.

De plus, l’utilisation d’un lubrifiant améliore également l’écoulement du métal et l’état de surface de la pièce moulée. Le choix du lubrifiant se fait en fonction de la température du sable et du métal en fusion.

Étape 2 : Serrage

L’étape 1 est l’étape la plus longue et la plus fondamentale du moulage au sable. Après avoir franchi cette étape, les autres sont faciles à presser au citron.

Une fois le moule réalisé, il faut l’assurer et le préparer pour que le métal en fusion soit coulé. La surface de la cavité du moule préparé est d’abord lubrifiée pour faciliter le retrait de la coulée.

Après cela, les noyaux sont positionnés, les demi-moules sont fermés. De plus, les moitiés de moule sont solidement fixées ensemble. Les moitiés du moule doivent rester bien fermées pour éviter la perte de tout matériau.

Étape 3 : Verser

L’étape suivante comprend le maintien du métal en fusion à une température définie dans un four. Comme mentionné ci-dessus, une fois le serrage du moule terminé, le métal en fusion peut être prélevé de son récipient de maintien, placé dans le four et versé dans le moule.

La partie coulée peut être effectuée soit manuellement, soit par une machine automatisée, à vous de choisir. Tout ce dont vous avez besoin pour vous assurer que suffisamment de métal en fusion doit être versé pour remplir toute la cavité et tous les canaux du moule.

Ce temps de remplissage doit être intentionnellement maintenu très court pour éviter une solidification précoce d’une partie quelconque du métal.

Étape 4 : Refroidissement

Maintenant, le métal en fusion qui a été versé dans le moule commencera automatiquement à refroidir et à se solidifier. Ce n’est que lorsque toute la cavité est remplie que le métal en fusion se solidifie que la forme finale de la pièce moulée sera formée.

Ce moule ne peut être ouvert qu’une fois le temps de refroidissement écoulé. Pour estimer le temps de refroidissement souhaité, vous devez prendre en compte l’épaisseur de paroi de la pièce moulée ainsi que la température du métal.

N’oubliez pas qu’il s’agit de l’étape où le plus grand nombre de défauts possibles peut se produire.

Si le métal en fusion refroidit trop rapidement, la pièce résultante peut présenter un retrait, des fissures ou des sections incomplètes. Cependant, des mesures préventives peuvent être prises pour la conception à la fois de la pièce et du moule.

Étape 5 : suppression

Une fois le temps de solidification calculé écoulé, vous pourrez facilement casser le moule en sable pour retirer le moulage.

Cette étape est souvent appelée décochage et est typiquement réalisée par une machine vibrante dont la fonction est de secouer le sable et de couler hors du flacon.

Après avoir retiré le moulage, des couches de sable et d’oxyde adhéreront probablement à la surface. Lorsque l’élimination du sable est effectuée en particulier des surfaces internes, le grenaillage est utilisé. Cela réduit également la rugosité de la surface.

Étape 6 : tailler

Le rognage consiste à retirer l’excès de matériau de la coulée. Soit manuellement par coupe, couture ou à l’aide d’une presse à découper. Le temps nécessaire pour cela peut être calculé à partir de l’enveloppe du moulage.

De toute évidence, une coulée plus importante nécessitera un temps de coupe plus long. Les rebuts résultant de ce rognage sont soit jetés, soit réutilisés.

Cependant, les déchets peuvent devoir être traités avec une composition chimique appropriée avant de pouvoir être combinés avec du métal non recyclé en cas de réutilisation.

Après être passé par le moulage au sable, passons à l’impression 3D au sable et comment a-t-elle relancé le moulage au sable traditionnel.

Comment imprimer du sable en 3D ?

Comment l'imprimante 3D Sand a-t-elle été inventée

L’impression 3D de sable commence par niveler la première fine couche de sable sur la plate-forme de construction de votre imprimante 3D. Ensuite, la tête d’impression de votre imprimante traverse la couche de sable en extrudant simultanément le liant selon le motif requis pour cette couche.

La distribution, le nivellement et l’extrusion du liant se poursuivent dans une séquence fixe jusqu’à ce que l’impression 3D de la pièce soit terminée.

Le sable supplémentaire sur la plate-forme de construction sert de matériau de support pour les couches à venir qui doivent être imprimées en 3D.

Vous avez donc besoin de structures de soutien supplémentaires. Et enfin, lorsque la pièce est terminée, tout sable meuble qui reste est soigneusement éliminé.

Le post-traitement après ce processus peut inclure : a) un nettoyage supplémentaire, b) l’imprégnation de la pièce pour une résistance accrue, ou même c) le frittage et l’élimination du liant pour les pièces en poudre métallique.

Quels sont les avantages de l’impression 3D de sable ?

Quels sont les avantages de l'impression 3D de sable

  • Rapide et précis: Les noyaux et moules imprimés sont créés en quelques jours. Par rapport aux boîtes à noyau traditionnelles qui peuvent prendre plusieurs semaines à construire. Le retour d’expérience de la première partie du processus est facilement intégré dans la maquette numérique. Et cela aide à la création de pièces dimensionnellement précises. C’est quelque chose qui n’est pas toujours pratique ou même possible pour les modèles de moulage au sable traditionnels en raison de l’étendue des ajustements. En outre, le coût élevé de la modification de l’outillage existant en bois ou en uréthane.
  • Qualité de surface précise et cohérence des contours : Parce que les moules en sable imprimés en 3D n’ont pas besoin d’un brouillon pour l’extraction du motif, ni même d’un logement spécial pour les contre-dépouilles, les moules sont construits selon des profils exacts qui se traduisent par des économies de poids et moins d’usinage. Les moules en sable imprimés sont connus pour produire des surfaces de plusieurs degrés plus élevées que les outils en mousse.
  • Des structures complexes peuvent être facilement réalisées : Plusieurs fois, il n’est absolument pas nécessaire de faire attention aux contre-dépouilles. Les moules en sable permettent de créer des éléments intérieurs impossibles à créer avec des noyaux traditionnels. De plus, la complexité peut être ajoutée dans diverses itérations, ce qui n’était pas du tout possible auparavant.
  • Pas besoin de structures de support et très peu de pertes matérielles : Les matériaux qui restent sur la plate-forme de construction, et non imprimés en 3D avec le liant, servent de supports pour les couches ultérieures. Donc, essentiellement, vous n’avez besoin d’aucun support, donc aucun matériau n’est gaspillé. En fait, le matériel restant dans le lit d’impression peut être réutilisé.

Recommandations pour les imprimantes 3D Sand

Vous trouverez ci-dessous les marques que vous devez vérifier avant de prendre une décision d’achat concernant les imprimantes 3D à sable.

ExOne SPrint

Imprimante 3D ExOne SPrint

Extrêmement utile pour créer les noyaux et moules en sable complexes directement à partir de données CAO 3D, le système de noyaux et moules en sable S-Print 3D combine une structure compacte et une gamme d’applications extrêmement polyvalente.

Le système d’impression est doté de la flexibilité qui vous permet de sélectionner n’importe quel système de reliure disponible chez ExOne.

Les moules imprimés à partir de S-Print peuvent être fabriqués pour s’adapter à une variété de matériaux de moulage disponibles pour le développement rapide de produits et la production à court terme.

Le volume de construction de cette imprimante est de 800 mm * 500 mm * 400 mm. Elle imprime des pièces et des prototypes fonctionnels à un rythme de fabrication de 39 litres par heure.

La hauteur de couche offerte par ce système d’impression dans chaque pièce et le prototype fonctionnel est de 0,26 mm à 0,38 mm.

Voxeljet VX 2000

Imprimante 3D Voxeljet VX 2000

Étant un système d’impression 3D extrêmement puissant et éprouvé pour les applications industrielles, le VX 2000 a une capacité de 2 000 litres, ce qui en fait l’un des systèmes d’impression 3D les plus productifs sur le marché aujourd’hui.

Peu importe que vous parliez de gros travaux de collecte ou de composants avec une longueur de bord jusqu’à 2 m, ce système d’impression 3D vous permet d’imprimer tout avec la même efficacité.

Il a une combinaison innovante de technologie d’impression bidirectionnelle et d’application de poudre parallèle.

Ce système d’impression imprime l’ensemble du panneau de construction à une vitesse vertigineuse. Ceci est effectué en seulement deux passes par quart de travail avec la plus grande précision.

VX 2000 est extrêmement pratique dans la production de petites et moyennes tailles de lots et permet des coûts unitaires offrant des avantages économiques significatifs par rapport aux méthodes de production conventionnelles telles que le moulage au sable.

Offrant un volume de construction de 2000 x 1000 x 1000 mm, la VX2000 est spécialement conçue pour produire de manière économique des petites et moyennes tailles de lots dans les plus brefs délais.

Avec un volume de construction pouvant atteindre 92 l/h, la VX2000 est l’un des systèmes d’impression 3D les plus économiques et les plus productifs au monde. Il est impressionnant d’efficacité avec de grands moules en petites séries ou des moules plus petits en grand nombre.

La conclusion

L’impression 3D au sable présente d’immenses avantages par rapport à la méthode traditionnelle de moulage au sable. En fait, le premier était une invention résultant du travail sur les limitations du second.

La technologie d’impression 3D, qui s’associe actuellement à presque toutes les méthodes de fabrication existantes et l’améliore comme aucune autre, a allumé le carburant nécessaire pour déclencher la nouvelle révolution en réalisant l’impression 3D sur sable.

L’impression 3D de sable est encore un peu moins explorée par rapport aux autres méthodes d’impression 3D et est aussi un peu moins accessible.

Vous trouverez facilement des imprimantes 3D FDM pour débutants, voire des imprimantes 3D SLA, mais pas des imprimantes 3D à sable. Elle est encore limitée à l’impression 3D industrielle. Et c’est la seule limite.

Pour explorer cette technologie, vous devez investir beaucoup. Mais avec le temps, au fur et à mesure que l’impression 3D FDM et SLA s’améliore, l’impression 3D sur sable s’améliorera également. Il a un bel avenir et de nombreuses prédictions positives ont été faites par des experts au sujet de cette méthode de fabrication particulièrement efficace.

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