MiM - opérations secondaires

Les pièces MiM peuvent être soumises à des post-opérations après frittage



Comme toutes les pièces métalliques, les pièces MiM et de type MiM peuvent être soumises à des opérations secondaires telles que l'usinage, les traitements thermiques et la finition de surface, etc.
Bien que l'un des objectifs de la fabrication d'une pièce par processus MiM soit d'obtenir une forme nette, certaines pièces peuvent nécessiter des détails finaux supplémentaires. De plus, les coûts des opérations secondaires sont souvent très importants, et peuvent atteindre dans certains cas 50% du coût total partiel.

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Pollen AM Opérations secondaires MiM - Pellet extruder

Opérations d'usinage


Dans de nombreux cas, les procédés MiM et MiM-Like sont des technologies produisant des pièces dites "near net-shape", avec des détails finaux ajoutés via des opérations secondaires.
Les opérations d'usinage sont généralement effectuées après le frittage, elles peuvent également être effectuées à "l'état vert", mais en raison de la faible résistance de ces pièces, elles sont réalisées en de rares occasions telles que l'usinage de matériaux durs et abrasifs une fois frittés (tungstène, titane, etc.).
Il est également possible d'usiner les pièces après une opération de pré-frittage à basse température (les températures dépendent des alliages).
Les pièces sont ensuite frittées et éventuellement re-dimensionnées.

Les pièces MiM et MiM-Like peuvent accepter une large gamme de traitements de finition d'usinage, par exemple le brochage, le dimensionnement, le brunissage, le meulage, la déformation, l'ébavurage, l'abrasion, etc.
L'usinabilité d'un composant mécanique, indépendamment d'être travaillé ou dérivé de la métallurgie des poudres, est principalement influencée par la pièce elle-même, l'outil et les conditions de coupe.
Les principaux facteurs influençant l'usinabilité des matériaux frittés, étant également responsables de leurs propriétés, peuvent être répartis dans les groupes suivants:
- Technique de fabrication et de transformation (conditions de formage, déliantage et frittage);
- Matière première MiM, (spécifications des poudres, ratio liant / poudre, etc.);
- Chimie des alliages, microstructure résultante, propriétés mécaniques et porosité (forme, taille, répartition des pores et des inclusions non métalliques).
Dans certains cas, pour améliorer l'usinabilité des pièces MiM et de type MiM, elles sont imprégnées d'huile en plongeant les pièces dans un bain d'huile chauffé pendant plusieurs heures.




Pollen AM Opérations d'usinage MiM - Pellet extruder


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Pollen AM MiM Traitement thermique - Pellet extruder

Traitement thermique


Comme les pièces en métal coulé ou ouvré, les pièces MiM et similaires peuvent être traitées thermiquement pour augmenter la résistance, la dureté et la résistance à l'usure avec des résultats similaires.
Le degré de durcissement est déterminé par les pourcentages de carbone, les éléments d'alliage et la porosité résiduelle dans le matériau.
Les opérations de traitement thermique les plus courantes sont la ré-agglomération, par durcissement, cémentation, trempe, etc.
La pièce ainsi réalisée est une préforme, dite "pièce verte". Le niveau de liant contenu dans les parties vertes varie selon sa nature chimique et les poudres utilisées; le pourcentage de liant est généralement compris entre 35 et 50% en volume.

Le pressage isostatique à chaud (HIP) est un processus secondaire utilisé pour augmenter la densité des composants MiM après le frittage, pour augmenter la ductilité et la résistance à la fatigue des matériaux haut de gamme. Sous des pressions typiques entre 400 et 2 070 bar et des températures allant jusqu'à 2 000 ° C, les matériaux peuvent atteindre 100% de sa densité théorique maximale.

Le re-frittage est généralement effectué à une température plus élevée et dans des conditions similaires à celles de la première opération de frittage. Il soulage les contraintes ou supprime les contraintes mécaniques communiquées lors du repoussage ou du refoulement et pour une densification supplémentaire.

La trempabilité d'un matériau corroyé peut être définie comme la capacité de la microstructure d'un métal à se transformer d'austénite en martensite à une profondeur donnée lorsqu'elle est refroidie rapidement. Dans les matériaux ouvrés, la trempabilité est principalement contrôlée par la chimie et la taille des grains, tandis que sur les matériaux frittés, elle est liée à la porosité.

La cémentation est un traitement thermique dans lequel la teneur en carbone de la surface d'un acier à faible teneur en carbone est augmentée par exposition à une atmosphère appropriée à une température dans les champs de la phase d'austénite. La nitruration est un traitement thermique de durcissement de surface qui introduit de l'azote dans la surface de l'acier lorsqu'il est dans les conditions ferritiques.

La carbonitruration est un traitement thermique de durcissement de surface qui introduit du carbone et de l'azote dans l'acier austénitique.



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Traitement de surface


Les traitements de surface sont très courants pour les pièces MiM & MiM-Like, son objectif est d'améliorer les fonctions et l'esthétique. Tous les traitements de surface courants sont compatibles avec les pièces MiM et de type MiM tels que l'oxydation à la vapeur, la coloration, le placage, l'imprégnation, le trempage ou la pulvérisation.

La première étape de sélection d'une modification de surface consiste à déterminer les exigences de propriétés d'ingénierie de surface et de substrat, telles que: - résistance à l'usure par abrasion dans des conditions de charge de compression faible ou élevée:
- résistance aux éraflures et aux saisies;
- résistance à la fatigue en flexion ou en torsion;
- fatigue de contact au roulement;
- résistance à la fissuration du boîtier (affaissement de surface);
- résistance à la corrosion.

L'épaisseur de la surface d'ingénierie peut varier de plusieurs millimètres pour les superpositions de soudure à quelques micromètres de revêtements physiques ou chimiques déposés en phase vapeur, tandis que la profondeur de modification de surface induite par l'implantation ionique est <0,1 mm.



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Pollen AM MiM Traitement de surface - Pellet extruder


Pollen AM quand et pourquoi utiliser le MIM - Pellet extruder

MiM & MiM-Like

Pourquoi et quand ?


Il existe une large gamme de technologies de transformation des métaux, toutes ne sont pas adaptées à la complexité de chaque pièce et aux exigences de volume. Le MiM et le MiM-Like sont généralement utilisés pour produire des pièces métalliques de forme complexe, haute densité et haute performance.

MiM est principalement utilisé dans les domaines de l'automobile, des instruments médicaux et dentaires, des applications informatiques et électriques, des marchés de l'aérospatiale et de la défense, etc.
MiM-Like répond à une large gamme d'applications du marché, des pièces uniques aux séries moyennes, où les pièces MiM traditionnelles ne sont pas en concurrence en raison du coût du moule.

Le procédé MiM est mieux appliqué aux pièces de petite et moyenne taille qui sont souvent de nature complexe avec des volumes de pièces annuels élevés. Grâce à la technologie d'additifs de type MiM en pastilles telle que Pam Series MC, le MiM est désormais économiquement viable à partir d'une pièce monobloc et sans investissement d'outillage.

Les procédés MiM et granulés de type MiM sont compatibles avec presque tous les types d'alliages tels que les alliages ferreux et non ferreux, le titane, le cuivre, le nickel, etc.

Bénéficiez de propriétés améliorées: les pièces MiM et MiM-Like sont généralement denses de 96 à 99%, se rapprochant des propriétés des matériaux corroyés et peuvent atteindre une résistance mécanique, une résistance à la corrosion et des propriétés magnétiques plus élevées que les procédés de métallurgie des poudres conventionnels et la coulée traditionnelle.

Réduisez les contraintes de conception: les procédés MiM et MiM-Like offrent une flexibilité de conception en tant que processus de moulage par injection plastique traditionnel. Par exemple, certaines pièces complexes produites avec des procédés de poudrage conventionnels nécessiteront des opérations secondaires, l'utilisation du procédé MiM permet de produire des pièces de forme nette.

Évitez les sous-ensembles: les processus MiM et MiM-Like peuvent être utilisés pour combiner différentes formes en une seule, pour éviter les assemblages et réduire la main-d'œuvre et les coûts d'exploitation supplémentaires.

Néanmoins, chaque processus ayant ses propres contraintes, il est nécessaire de prendre en compte certaines directives de conception MiM lors des phases de conception.



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Aspects économiques

Pourquoi et quand l'utiliser ?


Le procédé MiM est une application métallique indirecte impliquant différentes étapes. Il est important de prendre cela en compte dès la phase de conception pour obtenir le meilleur coût de production possible via les processus MiM et MiM-Like.

Le MiM est particulièrement utile pour produire des pièces petites, moyennes et complexes en grandes quantités. Le procédé de fabrication additive de type Pellet MiM permet de rendre MiM économiquement efficace dès les premières pièces.

Comme tous les processus de production, les coûts MiM et MiM-Like surviennent au cours des différentes étapes du processus (main-d'œuvre, équipement, matériaux, etc.) et se résument aux coûts indirects pour obtenir le coût final.

Pollen AM Représentation de la structure des coûts des pièces MiM - pellet extruder

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Matières premières
Le feedstock MiM est obtenu en mélangeant des résines thermoplastiques et des poudres métalliques. Les poudres métalliques sont la première source de coût des matières premières. Les poudres sont généralement très fines (inférieures à 20 μm), obtenues par atomisation au gaz puis triées. Cette poudre est plus chère que le matériau corroyé en vrac.

Les matières premières étant chères, les pièces doivent être aussi légères que possible.
L'utilisation du carottage et la réduction de l'épaisseur, bien que cela ne puisse pas être extrême pour éviter les difficultés de moulage, et l'utilisation du carottage, sont à la fois de bons moyens de réduire le poids et éventuellement le coût des pièces.

Mélange
Le mélange est le processus de préparation de la matière première (ajout de liant aux poudres), c'est une valeur plutôt stable lorsqu'il est appliqué à des feedstock MiM bien établies, seulement quelques euros par kilogramme, soit un coût supplémentaire par rapport au coût de la poudre.

Si une matière première spéciale devait être développée pour une nouvelle application, elle souffrirait de coûts supplémentaires provenant de certaines activités de développement:
- ces coûts seront éventuellement dilués sur la quantité produite, mais bien sûr si une pièce nécessite un alliage spécial et uniquement en petite quantité, c'est le pire des cas en termes de coût.

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Pollen AM Fabrication de matière première Pim - Pellet extruder
Le coût du moule est un élément important. Toute erreur dans le moule sera copiée pour toujours dans les pièces frittées.
Le coût du moule dépend de:
- taille du moule;
- matériau de moulage;
- complexité de moule: nombre de cavités (très important); tolérance des dimensions; nombre de chariots; présence de mouvements supplémentaires (dévissage, mouvements latéraux, etc.) dispositifs spéciaux de chauffage / refroidissement;
- finition du moule.

L'un des intérêts de l'utilisation de la technologie Pam pour imprimer les matières premières MiM en 3D est d'éviter le coût et le délai de fabrication du moule.

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Pollen AM Les importants coûts du moulage dans la production de pièces PiM - Pellet extruder
Le déliantage est une étape qui dépend fortement de la matière première utilisée.
La stratégie de déliantage spécifique (thermique, solvant, dégradation chimique, discontinue ou continue) impliquera des coûts d'équipement différents.

Le coût de l'équipement pour une seule pièce dépendra du nombre réel de pièces qui peuvent être traitées en un seul cycle et la durée du cycle (pour le déliantage par lots) ou dans un temps donné (déliantage continu).

Le temps de cycle ou la vitesse du déliantage continu dépendent du composant.

En général, les composants épais se délient plus lentement que les composants minces, mais les temps de déliantage réels varient en fonction de la matière première et de la stratégie de déliantage, donc aucun chiffre ne peut être donné ici. Le déliantage peut varier de quelques heures à plusieurs jours.

Chaque stratégie impliquera une consommation de fluides (solvants, agents chimiques, gaz) et un peu d'énergie, à peu près proportionnelle au temps de cycle et au nombre de pièces traitées.
Les frais de personnel seront dus aux activités de "pick & place", aux contrôles de qualité (défauts, perte de poids) et au fonctionnement de l'équipement.

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Pollen AM Les importants coûts de déliantage dans la production de pièces PiM - Pellet extruder
Le frittage, comme le moulage, est commun à toutes les variantes MIM.
Il peut être discontinu ou continu, dans des fours à revêtement graphite ou à revêtement métallique, sous hydrogène ou gaz inerte ou sous vide, plus lent ou plus rapide en raison des capacités du four, mais après tout, le même matériau (avec les mêmes poudres de départ) devra atteindre une température typique à fritter.

Le coût de l'équipement pour une seule pièce dépendra du nombre réel de pièces qui peuvent être traitées en un seul cycle et la durée du cycle (pour le frittage par lots) ou dans un temps donné (frittage continu).
Le temps de cycle ou la vitesse de frittage continu dépendent du composant.
En général, les composants épais devront être frittés plus lentement que les composants minces. La variation du temps de cycle est beaucoup moins importante que pour le déliantage, approximativement de quelques (6-8) heures à 24 heures.
Chaque four utilise de l'énergie et des gaz, et ces coûts se référeront au nombre de pièces traitées.

Une autre source de coût est la nécessité de supports de frittage. Il peut s'agir de supports de matière première MIM jetables qui frittent avec la pièce et sont retirés plus tard, ou de supports en céramique qui ne changent pas pendant le frittage et sont utilisés dans de nombreux cycles jusqu'à ce qu'ils finissent par être endommagés et doivent être remplacés.

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Pollen AM Les importants coûts de frittage dans la production de pièces PiM - Pellet extruder
Ces coûts sont souvent très importants:
- ébavurage / finition par culbutage;
- traitement thermique (trempe et revenu, vieillissement, etc.);
- déformation plastique (emboutissage, dimensionnement, redressage, etc.);
- usinage (tarauds, filetages, fraisage, tournage, rectification, etc.).

- Parfois même 50% du coût total de la pièce;
- Parfois non réalisée chez le producteur MiM, augmenter les coûts en ajoutant le transport (et introduire des variables externes dans les temps de production); - La règle d'or est d'essayer d'éviter ces coûts dans un premier temps, en optimisant la conception (par exemple en évitant le «sur-tolérancement»);
- Le traitement des petites pièces, souvent un coût initial pour la configuration de l'opération (petits outils de manutention, etc.) s'ajoute au coût par pièce;
- Ces coûts ne diminuent pas avec la taille du lot autant que les coûts MiM (moins dépendants de la quantité).

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Pollen AM Les importants coûts d'opération secondaires dans la production de pièces PiM - Pellet extruder
1 - Production de moisissures: un bon équilibre entre la complexité des moisissures et les opérations secondaires ultérieures doit être recherché. Plus la taille du lot est grande, plus la complexité du moule est élevée pour éviter des opérations secondaires coûteuses sur une grande production.

2 - Utilisez des alliages courants, réduisez l'épaisseur et utilisez des noyaux pour minimiser le coût des matériaux.

3 - Une sur-spécification inutile, notamment sur les tolérances, augmente le coût de la pièce sans valeur réelle dans l'application.

4 - Réduire le coût de frittage, qui est généralement une fraction importante du coût, car l'équipement est cher, les supports de frittage ne doivent être utilisés que lorsqu'il est impossible de modifier la conception de la pièce.

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Pollen AM MIM Orientations générales sur l'aspect économique - Pellet extruder
Par souci de simplicité, tous les coûts sont normalisés au coût de cette pièce MiM, de sorte que, en unités arbitraires, elle est égale à 1.
La majeure partie du coût est due à la matière première (36%), suivie des opérations secondaires (23%) et du frittage (20%).

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Pollen AM MIM Répartition des couts - Pellet extruder