Le moulage au sable est une technique peu coûteuse pour fabriquer des composants complexes à partir de pratiquement n’importe quel alliage métallique. L’impression 3D permet aujourd’hui la conception de moule bien plus complexe
Cette combinaison est extrêmement populaire auprès des fabricants qui doivent produire de grandes pièces dans les plus brefs délais.
Donc, si vous souhaitez en savoir plus sur le moulage au sable et comment les moules imprimés en 3D peuvent aider votre entreprise, vous êtes au bon endroit.
Le moulage en sable, comme son nom l’indique, est un type de processus de coulée qui utilise un moule en sable spécial comme impression négative pour produire le composant souhaité.
Aujourd’hui, nous allons vous expliquer comment vous pouvez réduire les coûts de moulage au sable jusqu’à 75 % en utilisant l’impression 3D.
Si vous n’êtes pas familier avec le processus de moulage, ne vous inquiétez pas. Nous l’expliquerons bientôt.
- Qu’est-ce que le coulage ?
- Quelles sont les étapes du processus de coulage ?
- Qu’est-ce que le sable moulé ?
- Matériaux pour moules à sable
- Avantages du coulage
- Limites du coulage
- La réinvention de la coulée avec l’impression 3D
- Avantages supplémentaires des moules d’impression 3D pour les pièces moulées
- Comment allez-vous fabriquer votre prochaine pièce métallique ?
Qu'est-ce que le coulage ?
Le processus de moulage est l’une des plus anciennes techniques de production de métaux.
Cependant, un bon nombre des objets que nous utilisons dans notre vie quotidienne sont toujours produits par ce processus.
Bien que le principe fondamental soit resté le même, la technique a évolué pour devenir plus précise et automatisée.
L’une des innovations récente du procédé est la possibilité d’utiliser des moules de sables imprimés en 3D. Nous y reviendrons plus loin dans l’article.
Le processus lui-même est assez simple.
Le métal en fusion est coulé dans un moule de réfractaire ayant la forme de la pièce finale.
Le métal fondu est coulé dans un moule de coulée.
Le métal se solidifiera dans la forme donnée par le moule.
Une fois que cela se produit, l’objet est prêt pour l’extraction, qui est la dernière étape du processus.
Types de processus de coulée
Au fil du temps, le processus a évolué en différents types de méthodes de fabrication.
Chacun a ses avantages et désavantages.
Les types de procédés de coulée les plus courants disponibles aujourd’hui sont:
- Moulage en sable
- La fonte à la cire perdue
- Moulage en plâtre
- Coulée sous pression
Quelles sont les étapes du processus de coulage ?
Les étapes du processus de coulage sont très similaires pour chaque type de technique actuellement disponible.
Il existe des variations dans les phases impliquées, mais les opérations de base sont les suivantes :
Création de modèles
Un modèle est un modèle physique utilisé pour créer le moule et reproduire l’extérieur du moulage.
Différents matériaux peuvent être utilisés pour réaliser les motifs.
Dans de nombreux cas, l’intérieur du composant doit être vide, par exemple, pensez aux raccords de tuyauterie.
Cela nécessite la création de schémas supplémentaires appelés cœurs.
Fabrication de base
Les noyaux sont une partie distincte du moule qui a pour fonction d’empêcher le matériau liquide de remplir cet espace.
Ils sont utilisés pour créer des cavités internes et d’autres caractéristiques qui ne peuvent pas être générées par le moule.
Les outils utilisés pour créer le noyau sont appelés boîtes de noyau, ce qui est juste une autre façon d’appeler le moule qui crée le noyau.
Les matériaux utilisés pour créer le noyau doivent répondre à certaines exigences :
- Il doit être suffisamment solide pour résister aux contraintes causées par le matériau fondu ;
- Bonne dureté ;
- Perméabilité élevée pour que les gaz formés lors de la fusion puissent facilement s’échapper.
- Capable de résister aux températures élevées du matériau fondu.
- Suffisamment fragile pour se briser lorsque le matériau fondu se refroidit et se rétracte, ce qui facilite son élimination après solidification.
- Finition de surface lisse.
- Génération minimale de gaz lorsqu’elle est exposée à un matériau en fusion.
Moulage
Le processus de développement du moule que recevra le métal en fusion.
Il consiste en plusieurs opérations essentielles pour former le moule autour du modèle.
Le moule est contenu dans un flacon. Le ballon se compose d’un cadre composé de deux parties : un avant et une traînée.
Le flacon autour du modèle est rempli de sable par moulage, après quoi le modèle est retiré.
Les systèmes de portes, des canaux qui permettent au matériau fondu d’entrer et de s’écouler à travers le moule, sont positionnés dans la résistance. C’est aussi la résistance qui reçoit les noyaux.
Le canal de coulée, utilisé pour introduire le matériau fondu dans le moule, est inséré dans la coiffe.
Ensuite, pour fermer le moule, le capot est placé sur le dessus de la traînée. Les deux côtés sont serrés ensemble.
Fusion et versement du matériau liquide
La coulée est le processus de conversion du matériau métallique solide en un état liquide afin qu’il puisse être versé dans le moule.
Le processus est effectué à une température extrêmement élevée dans un four.
Ces chambres sont conçues sur la base de multiples facteurs, mais principalement sur la base du type de matériau et de combustible qui sera utilisé pour atteindre les températures requises, qui peuvent dépasser 1600° C.
L’exposition des métaux à de telles températures génère généralement des gaz nocifs qui peuvent provoquer des défauts de coulée.
Ces gaz sont éliminés lorsque le matériau fondu est raffiné.
Cette étape cruciale purifie également le matériau métallique en extrayant d’autres éléments indésirables sans modifier sa composition chimique.
Après affinage, le matériau fondu est prêt à être inséré dans le moule.
Les louches sont des conteneurs utilisés par les fonderies pour transporter et verser en toute sécurité les métaux en fusion dans le moule.
Le métal est coulé dans le moule et laissé refroidir à température ambiante.
Lorsque le matériau est à nouveau solide, il passe par un processus appelé « décochage » (shakeout en anglais).
L’opération de décochage sépare et élimine le sable en faisant vibrer les moules.
Nettoyage
Maintenant, la pièce moulée est prête et sortie du moule.
Les systèmes de portes et les matériaux résiduels restants sont éliminés.
Les matériaux en excès ont été coupés.
Un post-traitement peut être effectué pour améliorer l’apparence et la surface de la pièce moulée.
Et enfin, le moulage est inspecté pour le contrôle de la qualité.
Qu'est-ce que le sable moulé ?
Le moulage au sable est la technique la plus courante pour la fabrication de pièces moulées en métal.
Selon le Dr TV Ramana Rao, professeur de génie mécanique à l’Université d’Osmania en Inde, qui enseigne le moulage des métaux et la CFAO, la technique représente plus de 70% de tous les moulages produits.
Le procédé de moulage au sable est connu pour sa polyvalence.
Après tout, il peut produire des pièces moulées de toutes tailles et masses avec des géométries complexes en utilisant la majorité des métaux.
La principale caractéristique de la technique de moulage au sable est qu’elle utilise du sable comme médium de moulage.
La réduction significative des coûts obtenue en utilisant du sable pour fabriquer des moules au lieu d’autres matériaux est un grand avantage.
Surtout quand on considère que les coûts de fabrication du moule représentent une grande partie des dépenses sur les autres techniques de moulage.
Cependant, chaque moule ne peut être utilisé qu’une fois car il est détruit après l’opération de décochage.
D’autre part, le moulage au sable est idéal pour les métaux à haute température de fusion tels que le titane, les aciers et le nickel.
Il n’est pas surprenant que cette technique soit le premier choix pour la production de petites séries économiques de pièces dans les industries aérospatiale et automobile.
Dans la suite, nous verrons ce qui rend possible l’utilisation de sable pour la fabrication de moules de coulée.
Matériaux pour moules à sable
La fabrication d’un moule de coulée au sable nécessite généralement les 4 composants suivants:
Sable de base
Le sable de base est le type de sable utilisé pour fabriquer le moule à l’état pur.
Pour qu’il tienne ensemble, un liant est nécessaire.
Le sable de base constitue également le noyau.
Les types de sable de base les plus courants sont:
- Sable de silice
- Sable d’olivine
- Sable de chromite
- Sable de zircon
- Sable de chamotte
Liants
Les liants sont responsables du collage des particules de sable ensemble.
Les types de liants les plus courants sont:
- Argile et eau
- Pétrole
- Résine
- Silicate de sodium
Additifs
Ceux-ci sont responsables de l’amélioration du moule en ce qui concerne la finition de surface, la résistance, le rembourrage et la réfractarité.
Composés de séparation
Un liquide ou une poudre fine pour faciliter le retrait du motif du moule.
Avantages de la coulée en sable
Les principaux avantages du moulage au sable sont:
- Il peut être utilisé pour fabriquer des pièces dans presque tous les matériaux métalliques, y compris ceux à point de fusion élevé;
- Industrialisation facile;
- Géométries complexes avec sections à parois minces;
- Pièces moulées de toutes tailles et masses;
- Faibles coûts de production.
Limites de la coulée en sable
Les principales limites du moulage au sable sont:
- La production à grand volume nécessite un degré élevé d’automatisation pour la fabrication de moules;
- Précision inférieure à celle des autres méthodes;
- La finition de surface rugueuse nécessite généralement un post-traitement.
La réinvention de la coulée avec l'impression 3D
La possibilité d’imprimer en 3D des moules pour le moulage au sable change la donne.
L’inclusion de la fabrication additive comme méthode de fabrication de moules réinvente le processus de coulée et résout certaines de ses limites.
Ce modèle hybride offre un réel avantage concurrentiel par rapport au processus de production traditionnel en raison de ses avantages économiques et de conception.
Moulage au sable à l’aide de l’impression 3D par projection de liant
La technologie d’impression 3D utilisée pour créer des moules et des noyaux à partir de sable est connue sous le nom de Jet de liant (Binder Jetting en anglais).
Les imprimantes à jet de liant construisent des pièces couche par couche, en utilisant un liant pour lier et renforcer chaque couche.
Les matériaux de sable les plus couramment utilisés dans ce processus sont la silice et le zircon.
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Avantages supplémentaires des moules d'impression 3D pour le moulage
Le principal avantage est la réduction des coûts permise par l’impression 3D.
Nous estimons qu’en moyenne, nos clients économisent 75% du coût de fabrication des moules.
Un autre avantage est que si les techniques conventionnelles peuvent prendre jusqu’à plusieurs semaines pour fabriquer les moules et les noyaux, les moules d’impression 3D ne prennent que quelques jours et peuvent être automatisés.
Cela signifie également qu’il y a plus de place pour des améliorations et des changements de conception.
Après tout, la production de moules et de noyaux avec impression 3D ne nécessite qu’un fichier CAO.
La complexité des géométries et sa précision sont également beaucoup plus élevées avec l’impression 3D.
En ce qui concerne la taille, les pièces peuvent atteindre 400 x 200 x 100 cm.
Comment allez-vous fabriquer votre prochaine pièce métallique?
Maintenant, nous aimerions avoir de vos nouvelles:
Envisagerez-vous le moulage au sable avec l’impression 3D la prochaine fois que vous aurez besoin de fabriquer vos pièces métalliques?
Faites-nous savoir et contactez-nous pour plus d’informations ou téléchargez votre modèle 3D pour obtenir un devis pour un moule imprimé en 3D.
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