Vaupell économise du temps et de l'argent sur le moulage à modèle perdu avec 3D Systems

Le moulage à modèle perdu traditionnel, qui consiste à créer des pièces métalliques à partir d'un moule en céramique après avoir brûlé un modèle en cire, existe depuis plus de 5 000 ans. Au cours du siècle dernier, le processus a bénéficié de nombreuses innovations, mais il est encore lent et coûteux de créer ce type d'outillage pour des pièces complexes. Le temps de production est généralement mesuré en mois et les coûts peuvent atteindre des centaines de milliers de dollars.

Mais si Vaupell, un fournisseur de composants et de sous-ensembles pour l'aérospatiale présent depuis 70 ans et possédant une expérience de l'impression 3D de plus de 20 ans, en est un exemple, le flux de travail évolue rapidement.

Vaupell utilise QuickCast^®, le processus de stéréolithographie (SLA) développé par 3D Systems pour le moulage à modèle perdu, pour offrir une vitesse et une qualité inégalées à ses clients pour une fraction du coût des méthodes traditionnelles. Le processus QuickCast est idéal pour le marché de l'aérospatiale, qui nécessite souvent de faibles volumes
de pièces très complexes.

Andy Reeves, ingénieur commercial chez Vaupell et chargé du développement de nouvelles activités, estime qu'un modèle de pièce spécifique de 26 pouces de diamètre peut être produit avec QuickCast sur une ProX^® 800 de 3D Systems en deux à trois jours, pour un coût d'environ 6 000 à 15 000 $. La fabrication d'un outil en cire pour la même pièce pourrait prendre de plusieurs mois à plus d'un an, pour un coût de 200 000 à 300 000 $.

La ProX 800 possède une grande enveloppe d'impression de 650 x 750 x 550 mm offrant la flexibilité et la vitesse nécessaires à la fabrication d'une grande pièce ou à l'impression rapide de plusieurs pièces.

« Les grandes dimensions de la plateforme offrent un avantage considérable par rapport aux autres machines », explique Austin Wong, responsable du prototypage rapide chez Vaupell. « Vous pouvez réaliser en un seule impression une pièce de plus grande taille, qui nécessiterait deux impressions sur une machine plus petite. Non seulement vous produisez plus en moins de temps, mais les pièces plus grandes réduisent les coûts de main-d'œuvre, car plus le nombre de pièces baisse, moins il faut de soudures. »

La précision de la ProX 800, de 0,025 à 0,05 mm par pouce de la pièce, permet à Vaupell de répondre aux exigences rigoureuses de ses clients de l'aérospatiale.

« La ProX 800 fournit des parois latérales de grande qualité, de meilleures tolérances et un vaste lit d'impression. » déclare M. Wong. « Nous gagnons du temps sur la finition post-impression car la finition des résines est excellente, mais aussi parce que nous n'avons pas à fabriquer et assembler des pièces en deux morceaux. »

Selon M. Reeves, le marché du moulage à modèle perdu QuickCast découle de deux besoins commerciaux irréfutables : la création de moulages pour des pièces qui ne peuvent pas être outillées d'une autre manière et la création de moulages pour des pièces si complexes qu'il faudrait jusqu'à deux ans pour livrer un moule de qualité suffisante pour être utilisé en production.

Les entreprises aérospatiales ont découvert que l'impression 3D autorise des conceptions complexes qui leur permettent de réduire le nombre de pièces et le poids d'un assemblage tout en conservant la même résistance et durabilité.
« Beaucoup de ces pièces sont destinées à des turbines à réaction, et doivent donc être parfaites », explique M. Wong. « Faire mouler certains de ces contours à l'aide d'un outil en cire serait très coûteux et entraînerait de longs délais de réalisation. »

Le besoin de modèles adaptés à la production, obtenus à partir de moules dont la conception et la production en cire prendrait beaucoup de temps, a donné naissance à une importante activité d'outillage de transition pour la division de prototypage rapide de Vaupell, basée à Hudson, dans le New Hampshire.

« Les modèles QuickCast permettent à nos clients d'obtenir une pièce bien avant qu'un outil de production ou de prototype ne puisse être conçu, créé, testé et mis en ligne », explique M. Wong.

M. Wong cite un projet dans lequel Vaupell a utilisé QuickCast pour créer un modèle de fonderie de précision complexe et produire 20 pièces en seulement deux jours et demi, passant ainsi rapidement à 120 pièces par mois.

« Le client n'aurait pas pu remplir le contrat si nous n'avions pas utilisé QuickCast pour livrer les pièces. Parfois, nous produisons 150 pièces QuickCast de deux ou trois modèles par mois au cours d'une année, tandis que de son côté le client est encore en train de développer et de créer des outils en cire. »

L'un des principaux problèmes associés au moulage à modèle perdu, à savoir le calcul du retrait pendant la fabrication, est considérablement réduit par QuickCast.

« L'un des grands avantages de QuickCast par rapport à l'outillage en cire est que vous calculez uniquement le rétrécissement du métal », explique M. Wong. « Vous ne calculez pas le rétrécissement du métal et de la cire qui est dessus. Les modèles QuickCast sont beaucoup plus précis et peuvent respecter une tolérance plus stricte que n'importe quel outil en cire. »

D'après M. Reeves, le processus QuickCast est globalement beaucoup plus indulgent. S'il y a une erreur dans le modèle ou s'il ne fonctionne pas comme prévu, il ne faut que quelques jours pour créer et imprimer une nouvelle itération, au lieu des semaines ou mois nécessaires à la modification (ou la refonte) d'un moule en cire.

Pour les applications de prototypage, la capacité de QuickCast à autoriser les itérations est essentielle, à tel point que de nombreuses entreprises traditionnelles de moulage à modèle perdu ont complètement abandonné l'activité de prototypage.

« Il n'est pas judicieux d'un point de vue économique de faire du prototypage de conception itérative avec des moules en cire traditionnels », indique M. Reeves, « mais QuickCast se prête vraiment à une conception itérative contribuant à la fois au développement de la pièce et du processus. »

Au début de l'impression 3D, la qualité et les propriétés des matériaux disponibles constituaient une préoccupation majeure en matière de moulage à modèle perdu. Ce problème a été éliminé grâce à l'apparition de matériaux tels que Accura^® CastPro™ Free de 3D Systems.

CastPro Free est un matériau transparent, semblable à du polycarbonate, qui ne contient pas de métaux lourds. C'est un matériau très précis qui permet d'obtenir des modèles de fonderie de précision stables et de grande qualité.

« CastPro Free étant sans antimoine, il ne crée pas d'occlusions ni d'autres défauts lors de la coulée finale du métal », explique Dave Pellegrino, responsable des technologies de fabrication avancées chez Vaupell.

CastPro Free brûle avec une teneur en cendres inférieure à celle de toutes les résines précédentes du marché, ce qui permet de gagner du temps en post-traitement tout en garantissant une meilleure qualité.

« Si la résine n'est pas capable de se consumer complètement, le client va avoir un problème », dit M. Wong. « Le brûlage complet et la propreté du brûlage apportés par CastPro Free sont des aspects absolument essentiels à la qualité. »

Outre les capacités techniques de l'imprimante 3D ProX 800, le procédé QuickCast et les matériaux, Vaupell peut compter sur un partenariat de 20 ans avec 3D Systems pour offrir la qualité de service attendue par ses clients.

« La fabrication additive se résume à savoir qui peut fabriquer des pièces plus vite, mieux et moins cher », déclare M. Wong. « Vaupell se concentre sur la vitesse et la qualité. À moins qu'il ne s'agisse d'une pièce particulièrement grande, nous promettons une livraison en un à trois jours. L'assistance rapide de 3D Systems nous garantit de pouvoir tenir cet engagement. »