Scénario de mise en œuvre 1 – Fusion du faisceau laser

Comme le montre l’animation, le composant moulé sous pression comprend un renfort de composant en acier inoxydable (rouge), une géométrie d’adaptateur flexible en aluminium (vert) et un échangeur de chaleur en alliage contenant du cuivre (orange). Les géométries LBM fonctionnelles ont été coulées en un composant monolithique au moyen d’un surmoulage et d’une coulée. Une attention particulière a été accordée à la connexion entre AM et la pièce moulée sous pression par des structures d’interface spécialement développées.

Pour déterminer les propriétés mécaniques des connexions entre les différentes géométries et matériaux, des éprouvettes spéciales ont été développées, évaluées selon plusieurs critères et testées pendant le projet. Ce faisant, des normes bien connues telles que DIN EN 50125: 2016-12 et DIN 50099: 2015-08 ont été utilisées comme base. Les structures « champignon », « arc » et « entonnoir » sont représentées sur la figure 1 et ont été classées comme particulièrement adaptées.

Cette animation montre le démonstrateur avec les géométries fonctionnelles fabriquées de manière additive:

La détermination des paramètres (voir figure 2) a montré qu’avec la structure « Champignon », les meilleures propriétés mécaniques des connexions examinées pouvaient être obtenues dans toutes les combinaisons de matériaux.

En utilisant différents supports pour la pompe de direction assistée (voir figure 3), il sera possible à l’avenir de réaliser une large gamme de variantes du « support d’unité auxiliaire ». À cet effet, une géométrie de connexion spéciale avec une section d’adaptateur « standard » a été fournie. À l’extérieur, le support peut être adapté selon les besoins; la structure d’interface « champignon » correspondante est située sur le côté face au composant. Le renforcement des composants et l’échangeur de chaleur ne nécessitaient pas de structure d’interface spéciale dans le cas présent, car ils sont complètement enfermés par du matériau dans le processus de coulée. En raison de la complexité de l’outil de moulage sous pression, les géométries fonctionnelles ont été mises en œuvre étape par étape jusqu’à ce que le démonstrateur final de la figure 4 puisse être fabriqué avec succès. Enfin, un test de corrosion selon PV 1210 à 15 cycles a été réalisé. Selon l’état actuel des connaissances, aucune corrosion inhabituelle ne s’est produite entre les matériaux et la fonctionnalité n’est pas affectée.

Scénario de mise en œuvre 2 – Dépôt de métal au laser

Dans le scénario 2, un support moteur (gris) a été utilisé comme corps de substrat, comme illustré à la figure 5. Au moyen de raidisseurs LMD, des éléments de jonction et d’autres géométries individuelles ont été ajoutés. Comme dans le scénario 1, la connexion avec le matériel du même type a joué un rôle décisif. Dans ce cas, la connexion n’a pas été créée par verrouillage positif et par friction mais par un joint soudé. Au début du projet, les inclusions de gaz restant dans le substrat pendant le processus de coulée sous pression ont été classées comme problématiques. L’hypothèse était que des cloques se produisent pendant le traitement, c’est-à-dire l’expansion des gaz piégés sous pression. Les conséquences seraient des éclaboussures de soudure violentes, un substrat en mousse et un avortement prématuré.

Diverses stratégies ont été testées pour éviter les cloques. En raison de la distribution non uniforme des pores dans la zone de traitement, il n’a pas été possible d’établir une méthode claire. Cependant, il a pu être démontré en général que l’accumulation sur des surfaces de moulage sous pression avec des inclusions de gaz irrégulièrement réparties est possible sans interruption de processus au moyen de LMD.

Les premières structures fabriquées de manière additive ont été construites directement sur les supports de moteur fournis par Audi AG, comme illustré à la figure 6 à gauche. En utilisant la tomodensitométrie, une absence approximative de pores a pu être démontrée pour la nervure de rigidification introduite au moyen de LMD (figure 6, à droite). Ce n’est que dans la zone de transition entre le moulage sous pression et la structure fabriquée de manière additive que les pores sont fermés en raison de l’effet de cloquage. Des examens de la totalité du composant ont montré que ces pores n’ont pas d’effet critique sur l’application. Les tests mécaniques et les tests de corrosion effectués sur des échantillons ont montré des résultats toujours positifs et répondent aux exigences de l’industrie automobile.

Afin de montrer qu’un ajustement de la stratégie de coulée en combinaison avec une stratégie d’accumulation de LMD améliorée en plus peut empêcher presque complètement les cloques, deux échantillons supplémentaires ont été préparés et analysés par CT (figure 7). L’échantillon de gauche illustre clairement que la coulée sous pression assistée par vide produit moins de pores dans la zone de liaison, car moins de gaz sont piégés et comprimés dans la pièce moulée sous pression, ce qui conduit à des cloques lors du traitement ultérieur. Une autre amélioration est démontrée par l’adaptation de la stratégie de renforcement. En raison de la géométrie du substrat des échantillons montrés sur la figure 7, l’accessibilité de la tête de traitement au substrat était meilleure. Par conséquent, il a été possible de travailler avec un angle de traitement plus optimal de la buse par rapport au substrat. Cela a de nouveau réduit la porosité restante dans l’échantillon (figure 7, à droite).

#expert

Résumé et perspectives

Dans le projet, deux nouvelles chaînes de processus hybrides pour combiner AM et moulage sous pression ont été développées avec succès. Cependant, des recherches supplémentaires / nouvelles / supplémentaires doivent découler des scénarios individuels. Par exemple, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer les connexions à verrouillage de matériau dans la zone d’interface du scénario 1 (LBM). Dans le scénario 2 (LMD), les paramètres du processus LMD doivent être optimisés de telle sorte qu’une production de surplombs, tels que des structures de pont, soit possible de manière fiable.

À l’avenir, il sera possible de produire plusieurs variantes de composants basées sur un outil de moulage en le combinant avec la fabrication additive. Ainsi, les coûts d’outillage élevés sont répartis sur plusieurs variantes de composants et une production plus économique est mise en œuvre. Cela offre des possibilités complètement nouvelles pour l’industrie automobile. Afin de réduire les coûts de production, des composants des véhicules les plus puissants et trop lourds étaient auparavant utilisés dans toutes les gammes de modèles. Grâce aux voies de production hybrides, il sera possible à l’avenir de dérivatiser spécifiquement les pièces moulées en adaptant ou en renforçant les composants des petites voitures à haut volume de production pour les véhicules à faible volume de production grâce à la fabrication additive hybride. Repenser le développement automobile peut ainsi permettre une stratégie élargie de pièces communes pour plus d’efficacité dans l’industrie automobile.

De plus amples informations sont disponibles sur le site Web du projet.

Traduction par Alexander Stark

Cet article est protégé par le droit d’auteur. Vous souhaitez l’utiliser pour votre propre usage?
Contactez-nous à support.vogel.de (ID: 46342668)