PiM & PiM-like

Principes de conception des procédés



Chaque processus de fabrication a ses principes de conception et ses directives. L'utilisation de technologies de type PiM en pastille en complément du processus PiM nécessite de prendre en compte certaines règles de conception pour optimiser les pièces à produire pour les deux processus. L'objectif de cette note est de présenter les grands principes à suivre.

Tailles maximales et minimales des pièces - Formes - Épaisseur de paroi - Coins et rayons - Contre-dépouilles - Filets - Renfort - Supports de frittage - Lignes directrices pour l'impression 3D

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Pollen AM Principes de conception des procédés - Pellet extruder

Taille des pièces


Le procédé MiM implique traditionnellement le moulage par injection, les règles conventionnelles de ce procédé lui sont impiqués. Toute forme pouvant être produite par moulage par injection peut l'être avec le procédé MiM. Néanmoins, les matières premières MiM ont des propriétés différentes qui peuvent limiter sa faisabilité technique.

Le tableau montre quelques limites «absolues» atteintes à ce jour avec MiM, toutes les "MiM houses" ne disposent pas des mêmes contraintes dimmensionnelles.

La taille des pièces est principalement limitée à la production de mise en forme elle-même. La taille du moule et le volume de la plaque de construction influenceront directement la taille maximale (L xl x H). Néanmoins, il est important de prendre en compte que la taille maximale des composants est avant tout limitée par des facteurs économiques :
- plus la pièce est grande, plus le coût global (la matière première) est élevé;
- le temps de déliantage augment en fonction de l'épaisseur des sections.

La taille maximale des pièces pouvant être produites est après tout économique, et en particulier plus la pièce est grande, plus le coût global est élevé.






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Pollen AM Principes de conception PiM - Pellet extruder

Formes


Des modifications de conception des pièces existantes (optimisées généralement pour l'usinage ou pour le moulage) sont nécessaires, pour faciliter le processus de production et pour obtenir des pièces avec de meilleures propriétés, en gardant les mêmes caractéristiques fonctionnelles.

Épaisseur de section constante
- Minimisation de la distorsion;
- Amélioration de la vitesse de déliantage.

Utilisation d'une côte
- Création d'une structure de support;
- Réduction de la masse.

Ajustement des coins
- Remplacement des coins aigus par des coins arrondis pour réduire l'effet "d'entaille";
- Réduction de masse.

Le carottage permet de maintenir une épaisseur de section constante, de minimiser la distorsion et d'accélérer le processus de déliantage. Dans certains cas, l'épaisseur de la section ne peut pas toujours être maintenue constante :
si cela n'est pas possible, il sera nécessaire de s'assurer que le rapport entre l'épaisseur maximale et l'épaisseur minimale de la pièce n'est pas supérieur à 2.

L'utilisation d'une nervure fournit un support et réduit le poids des pièces, avec moins de matière (réduction des coûts) et moins d'épaisseur de paroi (déliantage plus rapide), il est possible d'avoir une rigidité suffisante de la pièce finale et lors des étapes intermédiaires du processus (déliantage et frittage), où des déformations peuvent se produire.



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Epaisseur de parroi


Une épaisseur uniforme garantit un transport thermique optimal lors du traitement et minimise les défauts dus aux variations de retrait lors du frittage.

Des parois épaisses sont possibles, mais peuvent poser des problèmes en raison du processus de déliantage plus lent.

Les transitions entre les surfaces épaisses et minces doivent être lissées, afin de minimiser les contraintes différentielles entre les sections lors du frittage. Une méthode utilisée pour atteindre une épaisseur de paroi uniforme est le carottage, ce qui contribue à réduire le coût des matériaux et le temps de traitement.


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Pollen AM Principes de conception PiM - Pellet extruder


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Coins et rayons


Les surfaces courbes sont facilement accessibles avec les procédés MiM et MiM-Like, mais les limites de taille minimales sont dues à la dimension des particules de poudres.

Les poudres ont généralement un diamètre moyen d'environ 10 μm et pour obtenir une surface raisonnablement ronde, il est conseillé d'avoir un rayon minimum de 10 à 20 fois la taille des particules, cela signifie que 0,1 mm est le plus petit normalement réalisable, et 0,2 mm semble plus réalistes.
Dans le moulage par injection, les coins tranchants sont évités, car, il perturbe l'écoulement dans le moule. Les bords plus nets doivent être usinés ou repris après frittage.



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Les contre-dépouilles


Dans le procédé de moulage par injection classique, les contre-dépouilles augmentent les coûts d'outillage, mais, d'autre part, elles permettent d'éliminer les coûts liés à l'élimination des bavures sur les pièces en tant qu'opération secondaire.

Parfois, des contre-dépouilles peuvent être obtenues en plaçant un insert en plastique préformé dans la cavité, en remplissant le moule avec la matière première puis en dissolvant l'insert pour laisser une cavité.
Il est également possible de mouler deux pièces distinctes qui peuvent ensuite être co-frittées pour créer la contre-dépouille. Ces deux solutions ne sont pas simples et nécessitent une étape de développement avant la production.

En impression 3D, les investissemennts en outillage spécifiques ne sont pas nécessaires, les pièces peuvent être produites telles quelles sans contraintes économiques.

1 - Les contre-dépouilles externes peuvent être facilement produites par moulage en injection et par impression 3D;

2 - Les contre-dépouilles internes qui peuvent être créées sur les arêtes sont adaptées au moulage par injection et à l'impression 3D;

3 - Les contre-dépouilles internes qui nécessitent un noyau disposant d'une fermeture de côté sont plus complexes à produire en moulage par injection, mais pas pour l'impression 3D.



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Filetage


Les filetages peuvent être directement moulés dans la pièce, ce qui élimine la nécessité d'opérations mécaniques de filetage.
Néanmoins, en raison du coût du moule important, il est principalement applicable à la production en grande série. Pour les applications de pièces de faible volume, des opérations de taraudage conventionnelles doivent être utilisées.

En impression 3D, la production de filets est possible, mais nécessite des paramètres d'impression de haute résolution et augmentera le temps de production.

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Nervures & Renforts


Ces éléments peuvent être utilisés pour augmenter la résistance de la pièce et pour minimiser les différentes variations dimensionnelles causées par le retrait qui se produit lors du déliantage et du frittage.
L'utilisation de nervures et de renforts améliorent également le processus de moulage et offre un meilleur contrôle dimensionnel, l'effondrement des pièces et des parois pendant le frittage (en raison de la gravité).

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Frittage


Le frittage implique une période pendant laquelle la pièce est plus fragile, soumise à de forts flux de diffusion et parfois avec une de phase liquide.
Au cours de cette étape, la gravité peut être une force motrice suffisante engendrant la déformation de la pièce, et donc parfois un soin particulier doit être pris afin de minimiser la distorsion.

Au stade de la conception:
- redessiner la pièce sur un côté plat utile pour le frittage (aide également pendant le déliantage);
- utiliser des supports MiM de co-frittage;
- utilisez des supports en céramique spéciaux.

La première solution est généralement bon marché, les suivants ajoutent augmentent mécaniquement le coût de production de la pièce.

1 - Pièce instable avec élément en surplomb, utilisation d'une structure de support en céramique.
2 - Re-conception possible pour éviter le porte-à-faux et la structure de support de frittage.

Une pièce spéciale dédiée au support de frittage réalisée avec la même charge PiM que la pièce de structure peut être réalisée. Ces pièces seront frittées ensemble pour éviter les distorsions et l'effondrement de la pièce de structure. Le support sera supprimé après le frittage.
L'avantage d'utiliser le même matériau est que les deux pièces auront le même comportement lors du déliantage et du frittage (même procédé et même retrait). Pour certaines pièces, l'utilisation d'une structure de frittage de support peut également éviter le frottement entre la partie de structure et la plaque de frittage.

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PiM design guidelines

3- Pièce verte;
4 - Pièce frittée, avec un défaut d'affaissement;
5 - L'utilisation d'une structure de frittage de support évitera un défaut d'affaissement.

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6 - Partie instable sans élément plat;
7 - Re-design possible pour ajouter un élément plat, pour avoir une surface plane suffisamment large pour le frittage.

Une autre solution est l'utilisation d'un matériau céramique spécifique.
Dans ce cas, le support ne rétrécit pas, la pièce se rétrécit et une dimension particulièrement critique peut être contrôlée très étroitement.

Ces solutions impliquent de la ferraille (matériau fritté qui ne sera pas vendu) ou des céramiques de forme spéciale (généralement de l'alumine), ce qui augmente le coût des pièces.



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PiM-Like

Focus sur les principes de conception de l'impression 3D

Pollen AM Principes de conception de Pim-Like - Pellet extruder
Murs connectés au reste de l'impression sur au moins deux côtés.
Épaisseur minimum recommandée: 0,8 mm.

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Les murs non pris en charge sont connectés au reste de l'impression sur moins de deux côtés.
Épaisseur minimum recommandée: 0,8 mm.

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L'angle maximum auquel un mur peut être imprimé sans nécessiter de support.
Angle maximum recommandé: 45 °.

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Caractéristiques sur le modèle qui sont surélevées ou encastrées sous la surface du modèle.
Dimensions minimales recommandées: 0,6 mm de large et 2 mm de haut.

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L'étendue d'une distance pouvant être imprimée sans besoin d'assistance (matériau support).
Longueur maximale recommandée: 10 mm.

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Le diamètre minimum que la technologie Pam peut imprimer avec succès un trou.
Diamètre minimum recommandé: 0,2 mm.

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Le jeu recommandé entre deux pièces mobiles ou de liaison.
Jeu de montage minimum recommandé: 0,5 mm.

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La taille minimale recommandée d'une fonction pour garantir qu'elle ne manquera pas d'imprimer.
Taille minimale recommandée: 2 mm.

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Le diamètre minimum auquel une épingle peut être imprimée.
Diamètre minimum recommandé: 3 mm.

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Le diamètre minimum des trous d'évacuation pour permettre l'enlèvement du matériau de construction.
Taille minimale recommandée du trou: 4 mm.

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La tolérance attendue (précision dimensionnelle) d'une technologie spécifique.
Données générales: ± 0,5% (limite inférieure ± 0,5 mm).

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