Modèles de bagues imprimés en 3D et pièce en métal coulé.
Le moulage à la cire perdue est une technique de fonderie utilisée pour créer des objets simples ou complexes en différents métaux (or, argent, cuivre ou bronze par exemple) en moulant un modèle original.
Il s'agit de l'une des plus anciennes techniques de formage des métaux (datant de 6000 ans), mais elle est encore largement utilisée pour produire des bijoux, des produits dentaires et des œuvres d'art. Dans le secteur industriel, le moulage à la cire perdue est un moyen courant de créer des pièces métalliques de précision en ingénierie et en fabrication industrielle.
Bien que le processus de moulage à la cire perdue soit traditionnellement associé à l’artisanat, les créateurs peuvent désormais le transformer grâce à la conception numérique et à l’impression 3D pour simplifier la procédure de travail, gagner du temps, réduire les coûts et repenser le processus pour le XXIe siècle.
Découvrez dans cet article comment les technologies numériques ont redéfini le moulage à la cire perdue pour les joailliers, les dentistes et les grands producteurs.
Processus de moulage à la cire perdue
Modèles fixés à un arbre de coulée.
Métal en fusion versé dans le matériau de revêtement.
Le processus de moulage à la cire perdue peut varier selon le secteur et l’application, mais il comprend généralement les étapes présentées ci-dessous. Les pièces moulées peuvent être fabriquées à partir du modèle en cire lui-même, selon ce que l’on appelle la méthode directe, ou à partir de répliques du modèle en cire original, selon la méthode indirecte. La méthode directe passe directement de la première à la quatrième étape.
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Création du modèle : le modèle est sculpté directement dans la cire. La taille et la complexité du modèle en cire sont limitées par le talent du sculpteur et par les possibilités offertes par son équipement de moulage.
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Création du moule : un fondeur moule ensuite ce modèle et polit le moulage pour produire un modèle « master ». Le modèle master est utilisé pour fabriquer un moule à cire en caoutchouc, qui est chauffé et « vulcanisé » autour de la pièce de fonderie d'origine pour créer un moule en cire flexible.
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Production de modèles en cire : la cire fondue est injectée ou parfois versée dans le moule en caoutchouc. Cette étape peut être répétée de nombreuses fois pour créer des copies du modèle original.
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Assemblage du modèle en cire : des carottes de coulées sont ajoutées aux copies en cire et sont connectées pour former un arbre, qui fournit des chemins pour que la cire fondue s’écoule et que le métal en fusion puisse ensuite remplir la cavité.
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Application de matériaux de revêtement : l’arbre en cire est soit plongé dans une barbotine de silice, soit placé dans un moufle et entouré par le matériau de revêtement liquide.
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Brûlage : après que le matériau de revêtement a séché, le moufle est placé à l’envers dans un four, ce qui fait fondre la cire, créant une cavité négative à la forme du modèle original.
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Coulée : le moule est ensuite chauffé dans un four pour réduire la différence de température avec le métal en fusion. Le métal est fondu puis versé, en utilisant la gravité ou un vide d’air pour faire entrer le métal dans la cavité.
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Retrait du revêtement : une fois le métal fondu légèrement refroidi, le moule en matériau de revêtement est trempé dans l’eau pour dissoudre le plâtre réfractaire et libérer le moulage brut. Les carottes de coulées sont coupées et recyclées tandis que les pièces moulées sont nettoyées pour supprimer toute trace du processus de moulage.
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Finition : les pièces moulées sont limées, meulées, usinées ou sablées pour obtenir la géométrie et la finition de surface finales. Si nécessaire, les pièces moulées sont également traitées thermiquement pour améliorer les propriétés mécaniques du matériau.
L'arbre de coulée après le retrait du revêtement.
La pièce moulée est soumise à une finition par limage, ponçage et usinage.
Un bref résumé de la longue histoire du moulage à la cire perdue
Il n’est pas exagéré de dire que le moulage à la cire perdue est aussi ancien que la civilisation humaine. Des pièces telles que des sceptres, des sculptures et des meubles fabriqués à l’aide du moulage à la cire perdue ont été découverts dans des endroits aussi éloignés les uns des autres qu’Israël, le Vietnam, le Nigéria, le Nicaragua et la vallée de l’Indus. Le plus ancien objet connu façonné à la cire perdue, une amulette créée par une société dans la vallée de l’Indus, a plus de 6 000 ans.
Après avoir été utilisé pendant des siècles pour produire des ornements sculptés et des reliefs textiles, le moulage à la cire perdue a progressivement été remplacé par le moulage multipièce dans l’Europe du XVIIIe siècle. Certaines parties du processus ont été adaptées pour le moulage à modèle perdu, afin de répondre aux besoins grandissants de l’industrie au XIXe siècle.
En dentisterie, les méthodes à la cire perdue sont largement utilisées pour créer des couronnes en or, des inlays et des onlays. L’héritage du moulage à la cire perdue est donc encore bien vivant de nos jours.
Moderniser le moulage à la cire perdue avec la conception numérique et l’impression 3D
Au XXIe siècle, les outils logiciels numériques et l’impression 3D apportent au moulage à la cire perdue les avantages d’un processus de conception et de fabrication numérique.
Conception numérique du modèle
Impression 3D du modèle
Préparation au moulage
Fabrication du moule et brûlage des pièces imprimées
Moulage du modèle
Polissage et finition de la pièce
Dans le processus numérique, les designers utilisent des outils logiciels CAO pour créer numériquement des conceptions, et une imprimante 3D professionnelle pour produire des modèles imprimés en 3D qui peuvent ensuite être moulés. Après le brûlage du moule positif, le processus est le même qu’avec le moulage à modèle perdu traditionnel.
Grâce aux techniques numériques, le besoin de travail manuel fastidieux est bien moindre, et le modèle en lui-même est facile à conserver, modifier, et reproduire quand cela est nécessaire.
Applications du moulage à la cire perdue avec les technologies numériques
Des ingénieurs aux joailliers, de nombreux professionnels profitent des nouvelles possibilités offertes par les technologies numériques pour le moulage à la cire perdue.
Joaillerie
L’une des premières utilisations du moulage à la cire perdue était la création de bijoux et d’objets décoratifs raffinés. Mais les modèles complexes faits de cire sont compliqués à produire à la main. Dans un monde soumis à une forte demande ainsi qu’à des modes éphémères, il peut être difficile de suivre la cadence en fabriquant les bijoux à la main.
Les designers peuvent utiliser les outils logiciels CAO pour concevoir des bijoux, en facilitant la production et l’ajustement de formes complexes qui, auparavant, requéraient des heures de travail méticuleux.
La conception numérique, les matériaux avancés et les imprimantes 3D résine à prix abordable sont en train de changer la façon de travailler des designers et des fabricants de bijoux en matière de conception, de prototypage et de production.
L'impression 3D stéréolithographique peut reproduire des caractéristiques complexes qu'il serait difficile de sculpter à la main.
Les designers peuvent utiliser les outils logiciels CAO pour concevoir des bijoux, en facilitant la production et l’ajustement de formes complexes qui, auparavant, requéraient des heures de travail méticuleux.
Les imprimantes 3D abordables de qualité industrielle sont capables de créer rapidement des modèles qui peuvent être moulés comme ceux fabriqués en cire. L'impression 3D offre des possibilités presque illimitées de créativité géométrique dans le domaine du design. Grâce à un laser contrôlé avec précision, des détails de conception extraordinaires comme des filigranes délicats, des textes en relief et des paramètres de sertissage en pavé détaillés peuvent être reproduits avec une netteté incroyable.
C’est souvent le manque de connaissances et de formation en conception numérique qui empêche l’adoption d’un processus numérique. Cependant, la nouvelle génération de joailliers qui débutent dans le secteur ont appris, en même temps que les fondements de la conception traditionnelle, le fonctionnement des logiciels CAO spécialisés et des imprimantes 3D. Ils sont ainsi prêts pour la transition à venir.
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Dentisterie
Le moulage à la cire perdue et les restaurations par pressage sont des pratiques courantes en dentisterie depuis des décennies, utilisées pour fabriquer des inlays, des onlays, des couronnes céramo-métalliques, des couronnes céramiques, des prothèses dentaires partielles et d’autres restaurations implantaires.
Les modèles en cire sont traditionnellement fabriqués à la main, sur une die de la dent ou un modèle d’arcade basé sur une empreinte manuelle de la bouche du patient. Les modèles sont ensuite coulés en arbre puis brûlés, selon le processus classique du moulage à la cire perdue.
Dans un processus numérique, les dentistes utilisent un scanner intraoral pour capturer l’anatomie du patient, ou un laboratoire scanne un modèle ou une empreinte physique à l’aide d’un scanner de bureau. Les données sont ensuite importées dans un logiciel CAO et le technicien dentaire crée les restaurations désirées. Les modèles peuvent ensuite être imprimés en 3D dans un matériau semblable à de la cire, puis moulés ou pressés de manière traditionnelle.
Les modèles de couronnes dentaires, d’inlays, de prothèses dentaires partielles et autres peuvent ensuite être imprimés en 3D dans un matériau semblable à de la cire, puis moulés ou pressés de manière traditionnelle.
En dentisterie, la conception numérique n’est pas un problème, puisque c’est une empreinte qui sert à déterminer l’anatomie du patient. Les logiciels CAO dentaires facilitent le processus de conception, tandis que l’impression 3D automatise le procédé de fabrication des modèles, qui exigeait traditionnellement l’intervention d’un technicien expérimenté et de nombreuses étapes manuelles.
L’utilisation conjointe des technologies numériques et du moulage à la cire perdue permet de profiter des avantages de chaque méthode. Les laboratoires dentaires peuvent ainsi produire des modèles extrêmement précis, avec un processus numérique fiable et des appareils faciles à utiliser.
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Production industrielle
Pour les secteurs qui ont besoin de produire en masse des pièces métalliques de précision dimensionnelle élevée, le moulage reste un procédé de fabrication rentable et très efficace : il est utilisé pour la fabrication de composants critiques dans les domaines de l’aérospatiale, de l’automobile et de la médecine.
Traditionnellement, les modèles de moulage direct à modèle perdu (la version industrielle du moulage à la cire perdue) sont sculptés à la main ou usinés si la pièce n’a pas besoin d’être produite en masse. Grâce à l’impression 3D, les ingénieurs et les fonderies peuvent directement créer des modèles pour réussir à obtenir des cycles de production plus courts et un choix de géométries plus vaste que ce que permettent les contraintes DFM (conception en vue de la fabrication) des processus de moulage.
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L’évolution du processus de moulage à la cire perdue grâce aux outils numériques nous prouve qu’il est possible de concilier technologie et tradition. Correctement utilisées, ces techniques peuvent produire des pièces de haute qualité à grande échelle, qu’il s’agisse de bijoux personnalisés ou de pièces automobiles fabriquées en masse. Elles offrent ainsi un niveau sans précédent d’efficacité de production et de liberté de conception.
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