Les composants métalliques sont très appréciés pour leur durabilité, leur résistance, leur fiabilité et leur résistance à l’usure et aux températures élevées. Le travail des métaux est un élément essentiel de la fabrication mondiale et joue un rôle central dans les industries d’utilisation finale telles que l’automobile, l’aérospatiale, la construction, l’énergie et les biens de consommation. Le besoin de précision, d’efficacité et d’évolutivité a motivé l’évolution des outils et des techniques.

L’usinage, le soudage, le formage et le moulage sont des méthodes courantes de production de composants métalliques. Chaque processus nécessite des outils spécialisés pour maintenir le métal en place malgré des forces élevées, la chaleur ou l’exposition à des produits chimiques, et pour garantir la précision, la sécurité et la reproductibilité de la production.

• Les gabarits aident à guider les outils de coupe pour garantir des coupes précises et régulières.
• Les montages maintiennent les pièces de travail en place pendant l’usinage ou le soudage afin d’éviter tout mouvement susceptible de provoquer des erreurs.

Les méthodes d’outillage traditionnelles telles que l’usinage CNC, le moulage ou l’assemblage manuel sont longues et coûteuses. Les technologies d’impression 3D, telles que la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif par laser (SLS), offrent une alternative plus rapide et plus rentable pour la fabrication de gabarits, de montages et d’outils pour le travail des métaux.

Cet article d’assistance se concentre sur les gabarits et les montages imprimés en 3D pour travailler avec des pièces métalliques pour le soudage et l’usinage. For more information about other 3D printed tools, refer to the relevant support article:

• Jigs, fixtures, and manufacturing aids for assembly, inspections, replacement parts, etc.
• Dies for sheet metal forming
• Patterns for industrial investment casting
• Molds for injection molding, silicone molding, blow molding, and thermoforming

Formlabs propose des matériaux robustes pour le travail des métaux. Cependant, les recommandations diffèrent selon les cas d’utilisation.

Gabarits d’usinage

L’usinage est un processus de fabrication soustractif qui enlève de la matière d’une pièce à l’aide d’outils tels que des tours et des fraises pour produire des composants de précision. Les montages et les fixations maintiennent les pièces à usiner en toute sécurité et garantissent un alignement précis pendant l’usinage.

Les exigences techniques de ces gabarits comprennent une grande rigidité pour résister aux forces de coupe, des dimensions précises pour maintenir l'alignement, une stabilité thermique pour résister à la déformation causée par la chaleur générée pendant l'usinage, l'absorption des vibrations et la résistance aux liquides de refroidissement, aux fluides de coupe et aux agents de nettoyage circulant à l'intérieur des machines.

Formlabs recommande vivement d’imprimer les gabarits d’usinage avec Nylon 12 Powder sur les imprimantes de la série Fuse en raison de sa résistance chimique. Parmi les autres avantages, citons :

• Résistance à la rupture par traction élevée (50 MPa)
• Convient le mieux aux assemblages complexes et aux pièces durables
• Les pièces imprimées en Nylon 12 Powder absorbent peu d’humidité et résistent à la lumière, à la chaleur, aux produits chimiques et aux solvants de refroidissement.

Dispositifs de soudage

Le soudage est un processus de fabrication qui assemble des matériaux en appliquant de la chaleur et de la pression pour créer des liaisons solides. Les montages et les fixations sont essentiels pour positionner avec précision les pièces à usiner et maintenir l’alignement pendant le soudage.

Les exigences techniques pour ces montages comprennent une résistance élevée à la chaleur, une rigidité et une durabilité pour supporter des cycles répétés sans se déformer. La précision de l'alignement et la facilité de serrage sont essentielles pour obtenir des soudures précises et reproductibles, tandis que les dispositifs de sécurité et l'accessibilité sont indispensables à la protection de l'opérateur.

Formlabs recommande d’imprimer les montages de soudage avec Rigid 10K Resin sur les imprimantes de la série Form en raison de sa résistance aux hautes températures.

Numérisez les conceptions d'équipements existants grâce à la rétro-ingénierie pour passer à un inventaire numérique ou identifiez les besoins en équipements et concevez de nouveaux fichiers. Lors de la conception d’un gabarit ou d’un outil imprimé en 3D, plusieurs considérations clés en matière de conception diffèrent des outils métalliques usinés traditionnels, ce qui permet d’obtenir des caractéristiques uniques qui ne sont possibles qu’avec la fabrication additive :

• Exploiter des géométries complexes et créer des caractéristiques internes complexes telles que des canaux, des contre-dépouilles et des structures creuses.
• Créez des montages légers avec des structures en treillis ou en nid d’abeille pour réduire le poids sans sacrifier la résistance.
• Concevez avec une épaisseur de paroi de 2 à 3 mm.
• Intégrez des éléments tels que des pinces, des localisateurs et des guides dans une seule pièce pour simplifier la conception et réduire le besoin de composants assemblés.
• Incorporez des congés lisses d’un rayon de 1 à 2 mm aux points de contrainte pour renforcer la résistance.
• Ajoutez des caractéristiques ergonomiques telles que des poignées personnalisées ou des bords profilés directement dans les modèles.
• Concevez des montages et des fixations modulaires qui peuvent être facilement personnalisés ou mis à jour.
• Simplifiez l’assemblage grâce à des conceptions en une seule pièce.

Suivez les meilleures pratiques de Formlabs pour l’orientation des modèles.

Lors de l’impression sur une imprimante SLA, orientez les pièces de manière à minimiser les supports sur les surfaces fonctionnelles et à renforcer les parois si nécessaire.

Suivez les bonnes pratiques de Formlabs pour le lavage et la post-polymérisation des impressions. Consultez les articles individuels sur les matériaux pour connaître les instructions spécifiques de lavage et de polymérisation. Envisagez un post-traitement supplémentaire pour renforcer la résistance, la durabilité et l’expérience de l’utilisateur, comme le placage électrolytique ou le revêtement pour les pièces imprimées en SLA ou le sablage pour les pièces imprimées en SLS.

• Vérifiez que la pièce imprimée correspond au modèle CAO d'origine. Utilisez un pied à coulisse, un micromètre ou un autre équipement de métrologie pour valider.
• Testez les performances fonctionnelles de l'appareil. Lorsque la pièce est chargée sur la fixation, veillez à ce qu'elle soit bien calée contre les surfaces de positionnement et les supports. Un dispositif de fixation correctement conçu et fabriqué soutiendra la pièce, éliminant tout mouvement une fois que la force de serrage est appliquée.
• Pour les processus nécessitant des forces de fonctionnement plus élevées, comme l’usinage, calculez les besoins en serrage en fonction des avances et des vitesses, de la puissance de la machine et du matériau sélectionné, ainsi que de la sécurité.

L'impression 3D de gabarits et de fixations apporte une solution pratique aux défis de l'outillage traditionnel dans le travail des métaux. Elle permet une fabrication plus rapide, une réduction des coûts et une plus grande flexibilité de conception. Ceci est particulièrement avantageux pour les outils personnalisés dans des processus tels que l'usinage et le soudage, où la précision et la durabilité sont essentielles. Elle est particulièrement recommandée pour :

• Les petites et moyennes séries d’environ 1000 pièces par gabarit ou 3000 soudures par fixation
• Des outils personnalisés précis et durables pour des configurations à plusieurs pièces ou des géométries irrégulières
• Une option de fabrication rentable et très flexible

Certaines limites incluent :

• Les pièces imprimées par SLA s’usent avec le temps
• Elles ne sont pas aussi durables que les gabarits ou les fixations métalliques. Envisagez de revêtir ou de sceller les pièces imprimées pour en prolonger la durée de vie.

• Réduire les coûts et les délais dans le travail des métaux grâce à des gabarits et des montages à la demande Livre blanc
• Guide des montages d’usinage : dispositifs de maintien et gabarits pour le fraisage, la CNC, etc.
• Gabarits et montages à faible coût et rapides pour la fabrication de métaux webinaire