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

Jun 12, 2023

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 sur le point de révolutionner la production de composites dans les secteurs de la défense, de l'aérospatiale et autres. Dans ces secteurs, il peut (entre autres) être utilisé pour créer des mandrins pour les conduits et les évents pour les 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 dans l'extrémité d'un tube ou d'un tuyau et maintenu en place pendant que l'objet est formé autour de lui. Cela garantit que le produit fini conserve sa forme et sa taille.

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

Les matériaux composites, largement utilisés dans de nombreux secteurs manufacturiers, sont des matériaux constitués de deux composants distincts ou plus. 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 car ils offrent un certain nombre d'avantages par rapport aux matériaux traditionnels, tels que le fait qu'ils sont légers, ce qui permet d'économiser du carburant, et présentent une résistance accrue, une stabilité accrue, une résistance accrue à l'usure et une augmentation résistance aux intempéries et aux dommages environnementaux.

Les matériaux composites sont également plus faciles à fabriquer et à mouler dans des 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 fournir 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 mandrins conventionnels vs AM

Les méthodes traditionnelles de fabrication de mandrins existent depuis des siècles et sont toujours utilisées aujourd'hui. Il existe trois principales méthodes traditionnelles de fabrication de 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, une pièce de métal est chauffée jusqu'à ce qu'elle soit malléable, puis elle est façonnée dans le mandrin souhaité à l'aide de marteaux et d'autres outils. Dans le processus d'usinage, une pièce de métal est découpée ou fraisée dans la forme souhaitée à l'aide de tours, de fraiseuses ou d'autres machines-outils.

Il existe un certain nombre d'inconvénients inhérents à l'utilisation des technologies de production de mandrins conventionnels, dont le principal est qu'elles prennent souvent du temps, nécessitent 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 de production de mandrin traditionnelles nécessitent également la production de plusieurs pièces s'il y a des géométries complexes ou des porte-à-faux, etc., sinon il ne serait pas possible de retirer 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 fabrication additive pour fabriquer des mandrins incluent des coûts d'outillage réduits, des délais de livraison plus courts et une plus grande flexibilité de 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 à court terme ou uniques. 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

3D massive a développé un procédé d'impression exclusif pour produire des mandrins solides et durables. Cela représente 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 AM, 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 conceptions très complexes. Cela ouvre une toute nouvelle gamme de possibilités pour les conceptions de mandrins et signifie qu'ils peuvent être fabriqués 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 plus 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 d'impression par distribution de gel (GDP) de Massivit 3D. Il permet de couler directement le moule dans une coque sacrificielle imprimée en 3D. Pour y parvenir, le Massivit 10000 utilise un système à double tête, technologie brevetée ultra-rapide, et pour les mandrins utilise un matériau résistant à l'eau qui s'effrite dans l'eau. Tout cela permet aux fabricants de produire des mandrins complexes en quelques heures au lieu de plusieurs semaines.

Le matériau résistant à l'eau de Massivit est parfaitement adapté à la fabrication de mandrins. De toute évidence, l'une des caractéristiques les plus remarquables du matériau est qu'il s'effrite dans l'eau. Cela permet de retirer facilement le mandrin 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 (lui permettant d'être utilisé pour une variété d'applications de mandrin); respectueux de l'environnement (minimisation des déchets par rapport aux méthodes soustractives et minimisation de la nécessité d'un stockage important des matériaux) ; et rapide, avec des mandrins imprimant en quelques heures.

Étude de cas

Pour illustrer le caractère perturbateur de laApproche Massivit 3D pour la production de mandrins , 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 résistant à l'eau de Massivit, et la surface extérieure du moule imprimé devait être très lisse.

D'abord, un modèle CAO du mandrin aux 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 superposition, 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 à l'étape de fabrication. À partir du fichier CAO fini, le code G du mandrin a été créé sur le logiciel Massivit Smart slicer. 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 fabriqué à l'aide du matériau photopolymère DIM WB résistant 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 hermétique.

Pour l'étape de drapage, le mandrin a été mis en place 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 recouvert de fibre de carbone, le moule est entré dans le processus sous vide, où il est resté sous vide pendant 3 heures. Il a ensuite été retiré et laissé au repos pendant 24 heures avant le durcissement final.

Le moule fini a été placé dans de l'eau ordinaire pendant 24 heures, et tous les restes de matériau cassable par l'eau ont été retirés de la peau. Le mandrin a ensuite été ébarbé, et validé au service contrôle qualité avant sa sortie.

L'utilisation de la fabrication additive pour produire le mandrin autour duquel les pièces composites dans de telles applications sont fabriquées introduit une simplification et une rationalisation du processus de production composite par rapport à la production de mandrins traditionnels.

Résumé

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

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 le 10000 de Massivit sont sur le point de révolutionner l'industrie.

Massivit