Preface：Dans la fabrication moderne, la combinaison de l'impression 3D avec les techniques de moulage traditionnelles ouvre un monde de possibilités. La possibilité de créer des moules personnalisés avec des conceptions et des géométries complexes grâce à l'impression 3D a révolutionné le processus de moulage. En utilisant la fabrication additive, les individus et les industries peuvent explorer de nouvelles voies de créativité, d'efficacité et de rentabilité dans la production d'objets moulés de haute qualité.

Cet article est un guide complet sur la création de moules de coulée imprimés en 3D. Nous verrons comment donner vie à vos idées et créer des moules de coulée à l'aide de l'impression 3D.

Qu'est-ce que la technologie d'impression 3D ?

L'impression 3D est une technologie de prototypage rapide. Elle décompose le modèle numérique tridimensionnel conçu par l'ordinateur en plusieurs couches de tranches planes, puis utilise l'imprimante 3D pour coller des plastiques en poudre, liquides ou filamenteux, des métaux, des céramiques ou du sable. Il s'agit d'une technologie qui permet d'empiler des matériaux composites couche par couche selon des schémas de coupe, pour finalement les empiler en un objet complet.

Cette technologie combine des connaissances techniques de pointe dans les domaines de la modélisation numérique, des technologies de l'information, des technologies de contrôle électromécanique, de la science des matériaux et de la chimie, et constitue une technologie d'application complète à fort contenu technologique.

Qu'est-ce que la fonte des métaux ?

Le moulage des métaux existe depuis environ 7 000 ans. Il s'agit d'un processus qui consiste à verser du métal liquide chaud dans un moule et à le laisser refroidir et durcir. Les gens l'utilisaient pour fabriquer des outils, des armes et des statues. Aujourd'hui encore, on l'utilise pour fabriquer des bijoux et des voitures.

L'idée de base est de verser ou de forcer du métal liquide chaud dans un moule. Vous attendez ensuite que le métal refroidisse, durcisse et prenne la forme du moule. Ensuite, vous retirez la pièce solide du moule. Mais il existe de nombreuses façons différentes de procéder au moulage. Les éléments les plus importants sont la composition du moule et la manière dont le métal liquide chaud est introduit dans le moule.

L'impression 3D permet de fabriquer plus rapidement et à moindre coût des moules pour le moulage du métal. C'est particulièrement vrai pour le moulage à la cire perdue et le moulage au sable. Vous pouvez imprimer en 3D les modèles que vous utilisez pour fabriquer les moules. Vous pouvez également imprimer en 3D les moules eux-mêmes.

Conception du modèle CAO

Tout d'abord, vous devrez créer un modèle 3D de votre moule à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Veillez à ce que votre modèle présente les bons angles de dépouille et les bons plans de joint pour faciliter le démoulage, ainsi que la bonne épaisseur de paroi pour votre matériau de coulée. Vous devrez également inclure les caractéristiques du moule, telles que les portes, les canaux et les évents, afin de faciliter le moulage de votre pièce. Vous pouvez concevoir votre moule à l'aide de logiciels de CAO tels que Autodesk Fusion®, SolidWorks®, Rhino3D®, AutoCAD®, Tinkercad®, etc.

Lorsque vous concevez votre Modèle de moule imprimé en 3Dmais il y a quelques points que vous devez garder à l'esprit. Tout d'abord, veillez à ce que votre dessin soit simple. Deuxièmement, ne remplissez pas les espaces creux avec des objets. Troisièmement, pensez à l'épaisseur des murs. Quatrièmement, choisissez un modèle symétrique. Enfin, concevez votre projet en gardant à l'esprit les derniers détails.

Déterminer si le modèle est creux ou solide

Le processus de moulage diffère selon que votre modèle est creux ou plein. Si votre modèle est creux, le processus de moulage devient plus compliqué. Vous devrez créer un moule qui soutient l'intérieur du modèle, puis retirer la structure de soutien de la pièce finale. Votre pièce finale comportera un trou suffisamment grand pour que le matériau de soutien puisse être retiré lorsque la résine durcie sera étirée.

Si votre modèle est solide, le processus de moulage est plus simple. Les objets solides n'ont pas besoin de structure interne pour les soutenir. Dans ce cas, vous pouvez passer à l'étape 4 du processus de moulage.

Générer la structure interne du modèle creux

Pour réaliser l'intérieur d'un modèle creux, vous devez procéder de la manière suivante. Tout d'abord, fabriquez un bloc solide un peu plus petit que le modèle creux. Placez le modèle creux sur le bloc solide et centrez-le. Modifiez le modèle creux pour qu'il ait la forme d'un "trou". Cela rendra l'intérieur du modèle solide. Combinez le bloc solide avec le modèle creux modifié.

Vous avez maintenant une copie exacte de l'intérieur du modèle creux. Pour maintenir l'intérieur du modèle en place lorsque vous faites le moule, ajoutez des supports qui relient l'intérieur du modèle à l'extérieur du moule. Vous enlèverez ces supports plus tard.

Générer des blocs solides autour du modèle

Tout d'abord, vérifiez si votre modèle original est déjà un solide ou s'il doit être converti en solide. Si votre modèle est déjà un solide, vous pouvez passer à l'étape suivante. Dans le cas contraire, vous devrez le modifier pour en faire un volume fermé et étanche. Concevez un bloc ou une structure en forme de boîte beaucoup plus grand que votre modèle. Ce bloc constituera la limite extérieure du moule et formera les parois qui entoureront le modèle. Placez le modèle à l'intérieur du bloc, en veillant à ce qu'il soit centré et aligné correctement.

Le modèle doit être entouré de blocs, avec un espace entre le modèle et les parois intérieures des blocs. Combinez ou fusionnez les blocs et le modèle pour créer un seul objet unifié. Vous obtiendrez ainsi un nouveau modèle 3D dans lequel les blocs forment les parois extérieures du moule et le modèle se trouve à l'intérieur du moule.

En enfermant les blocs solides du modèle, vous avez créé la structure nécessaire au moule. Le bloc définira la forme et la taille du moulage final et fournira un support et un confinement pendant le processus de moulage.

Diviser le bloc en deux ou plusieurs morceaux selon le dessin

Il peut s'avérer nécessaire de diviser le bloc en plusieurs parties pour faciliter le démoulage. Cela dépend de la complexité du modèle. Voici quelques points à prendre en compte lorsque vous divisez des blocs : Tout d'abord, examinez la forme du modèle et réfléchissez à la façon dont vous pouvez l'atteindre. La principale raison de faciliter le démontage du moule est de pouvoir retirer le moulage sans l'abîmer.

Ne faites pas de coins ou de formes qui rendraient difficile la sortie du moulage. Lorsque vous regardez la forme de votre modèle, pensez à l'endroit où vous pouvez le diviser. Par exemple, si votre modèle est rond, vous aurez besoin d'au moins une fente au milieu pour pouvoir séparer les deux moitiés. Assurez-vous que les lignes que vous choisissez vous permettent d'accéder à l'intérieur du modèle. Cela vous permettra d'extraire le moulage sans serrer ou plier le modèle, car le bloc qui entoure le modèle est solide.

Intégrer le modèle dans le bloc solide

Placez le modèle symétrique sur le côté dans le bloc fendu, en le centrant. De cette façon, lorsque vous assemblerez les blocs, vous obtiendrez une couverture égale des deux côtés du modèle. Assemblez les blocs avec soin, en veillant à ce qu'ils s'adaptent parfaitement au modèle. Alignez les blocs correctement, en utilisant les repères ou les marques d'enregistrement pour vous assurer qu'ils sont bien alignés. Utilisez des goupilles de positionnement pour vous assurer que les moitiés du moule s'assemblent correctement et restent alignées.

Ces goupilles vous aideront à aligner les deux moitiés du moule lorsque vous le fermerez. Il y a un grand canal au milieu pour permettre au matériau de coulée de s'écouler. Assurez-vous que le canal est suffisamment large pour permettre à la résine de s'écouler, surtout si la résine est épaisse. Les canaux plus larges permettent à la résine de mieux s'écouler et l'empêchent de se coincer ou de former des bulles d'air lorsque vous la versez. Fabriquez une chambre qui se trouve sur le dessus du moule et qui contient de la résine supplémentaire.

La chambre utilise la gravité pour laisser la résine liquide s'écouler naturellement dans le moule. La taille de la chambre détermine la quantité de résine qui peut être poussée dans le grand canal et permet de s'assurer qu'il y a suffisamment de matériau pour remplir le moule.

Lancer l'impression 3D

Il est maintenant temps de commencer à imprimer le moule. Pour commencer le processus d'impression 3D de votre moule, assurez-vous que votre imprimante 3D est en bon état de fonctionnement et correctement calibrée. Vérifiez que le plateau de l'imprimante est propre et de niveau et qu'il n'y a pas d'obstacle à la tête d'impression ou à l'extrudeuse. Choisissez le bon matériau d'impression pour votre moule. Tenez compte de facteurs tels que le matériau de moulage, les propriétés souhaitées du moule (telles que la flexibilité ou la résistance à la chaleur) et la compatibilité avec les imprimantes 3D.

Les matériaux couramment utilisés pour l'impression de moules comprennent divers types de résines et de thermoplastiques.Utilisez un logiciel de découpage en tranches pour préparer vos modèles numériques à l'impression 3D. Le logiciel prend un fichier de modèle 3D et génère une série d'instructions que l'imprimante doit suivre, en spécifiant la hauteur des couches, la densité de remplissage, la vitesse d'impression et d'autres paramètres. Ajustez ces paramètres en fonction de vos besoins spécifiques. Chargez les matériaux d'impression que vous avez choisis dans l'imprimante 3D.

Il peut s'agir de charger un rouleau de filament ou de verser de la résine dans un récipient approprié, selon le type d'imprimante que vous utilisez. Lancez le processus d'impression 3D en envoyant le fichier de découpe à l'imprimante. L'imprimante commencera à créer votre modèle couche par couche en suivant les instructions fournies par le logiciel de découpage. Au début, gardez un œil sur les choses pour vous assurer que tout colle et que tout est beau, et pour résoudre les problèmes qui pourraient survenir.

Utiliser le moule imprimé et verser le silicone pour commencer le processus de coulée

Pour commencer le processus de moulage, mélangez le silicone en suivant les instructions du fabricant, en veillant à respecter le bon rapport entre les ingrédients de base et de catalyse. Lorsque le mélange de silicone est prêt, versez-le lentement et uniformément dans le moule. Commencez à verser à partir d'une extrémité afin que le silicone remplisse la cavité du moule. Veillez à ne pas introduire de bulles d'air pendant le processus de coulée, car elles peuvent gâcher le moulage final.

Tapotez ou secouez doucement le moule pour éliminer les bulles d'air restantes. Cela permet aux bulles d'air de remonter à la surface, ce qui garantit un moulage lisse et sans bulles. Vous pouvez également utiliser un équipement spécialisé, comme une chambre à vide ou un réservoir sous pression conçu pour le moulage en silicone, afin d'éliminer plus efficacement les bulles d'air.

Laissez le silicone durcir pendant la durée recommandée par le fabricant. Le temps de durcissement dépend du type de silicone que vous utilisez ; veillez donc à suivre les instructions. Vous devez laisser au silicone le temps de durcir et de se polymériser complètement avant de passer à l'étape suivante.

Une fois que le silicone est complètement durci, démoulez-le avec précaution. Selon le moule que vous utilisez, vous devrez peut-être séparer les deux moitiés du moule ou plier le moule pour faire sortir le moulage.

Découpage des pièces excédentaires

Une fois que vous avez réussi à démouler votre pièce en silicone, l'étape suivante consiste à éliminer l'excédent. Cet excédent correspond à toute coulée supplémentaire de matériau silicone qui aurait pu s'écouler hors de la forme souhaitée ou se former le long des bords.

Examinez attentivement votre moulage et identifiez les zones à découper. À l'aide d'un couteau de bricolage bien aiguisé ou de ciseaux, commencez à découper l'excédent de silicone en suivant le contour de la forme souhaitée. Prenez votre temps pour être précis et éviter de couper accidentellement dans le moulage.

En fonction de la complexité de votre moulage, vous devrez peut-être utiliser différents outils ou techniques pour obtenir les résultats souhaités. L'élimination des excédents est une étape importante du processus de moulage, car elle permet d'améliorer l'aspect final et la qualité du moulage. En retirant soigneusement l'excès de silicone, vous pouvez affiner les détails et obtenir un résultat propre et poli qui ressemble beaucoup au modèle original.

Avantages de l'impression 3D de moules de coulée

L'utilisation de moules imprimés en 3D présente de nombreux avantages :

Cycle de production des moules plus court

Les moules imprimés en 3D raccourcissent l'ensemble du cycle de développement des produits et deviennent la source de l'innovation. Dans le passé, les entreprises ont parfois choisi de retarder ou d'abandonner les mises à jour de la conception des produits en raison de l'investissement important nécessaire à la fabrication de nouveaux moules. En réduisant le délai de production des moules et en permettant la mise à jour rapide des outils de conception existants, l'impression 3D permet aux entreprises de se permettre des changements et des améliorations plus fréquents des moules. Elle permet au cycle de conception des moules de suivre le rythme du cycle de conception des produits.

En outre, certaines entreprises achètent leurs propres imprimantes 3D pour fabriquer des moules, ce qui accélère le développement des produits et les rend plus flexibles et adaptables. D'un point de vue stratégique, cela rend la chaîne d'approvisionnement plus résistante aux risques de longs délais et de stagnation du développement, comme l'obtention de mauvais moules de la part des fournisseurs.

Réduction des coûts de fabrication

Si le coût actuel de l'impression 3D de métal est plus élevé que celui de la fabrication traditionnelle de métal, il est plus facile d'économiser de l'argent avec des pièces en plastique.

Les moules métalliques imprimés en 3D sont économiquement avantageux pour la fabrication de petites séries intermittentes de pièces finales (parce qu'il est difficile d'amortir les coûts fixes de ces pièces) ou pour certaines géométries (optimisées spécifiquement pour l'impression 3D). Ils sont particulièrement rentables lorsque les matériaux sont très chers et que la fabrication traditionnelle de moules entraîne des taux de rebut élevés.

L'impression 3D peut également faciliter les processus de fabrication et les bénéfices en fabriquant des moules précis en quelques heures. Cela est particulièrement utile lorsqu'il est coûteux d'arrêter la production ou de conserver un grand nombre d'outils en stock.

Enfin, il arrive souvent que le moule doive être modifié après le début de la production. La flexibilité de l'impression 3D permet aux ingénieurs d'essayer simultanément d'innombrables itérations et de réduire les coûts initiaux liés aux modifications de la conception des moules.

Les améliorations apportées à la conception des moules permettent d'accroître la fonctionnalité des produits finis.

La métallurgie spéciale de l'impression 3D de métaux permet souvent d'améliorer la microstructure du métal et de produire des pièces imprimées entièrement denses dont les propriétés mécaniques et physiques sont aussi bonnes, voire meilleures, que celles des matériaux forgés ou coulés (en fonction du traitement thermique et de l'orientation des tests).

La fabrication additive offre aux ingénieurs des options illimitées pour améliorer la conception des moules. Lorsque la pièce cible est constituée de plusieurs sous-composants, l'impression 3D a la capacité d'intégrer la conception et de réduire le nombre de pièces. Cela simplifie le processus d'assemblage du produit et réduit les tolérances.

Il peut également exécuter des fonctions complexes, ce qui vous permet de fabriquer des produits finis hautement fonctionnels plus rapidement et avec moins de défauts. Par exemple, la qualité globale d'un pièce moulée par injection est influencée par les conditions de transfert de chaleur entre le matériau injecté et le fluide de refroidissement qui circule dans le dispositif de fixation de l'outillage. Si l'on utilise l'ancienne méthode, les canaux qui transportent le matériau de refroidissement sont généralement rectilignes, de sorte que la pièce moulée se refroidit plus lentement et de manière inégale.

L'impression 3D permet de créer des canaux de refroidissement de n'importe quelle forme afin d'obtenir un refroidissement conforme, qui est plus optimisé et uniforme, ce qui permet de fabriquer des pièces de meilleure qualité et de réduire les rebuts. Il est également possible d'évacuer la chaleur plus rapidement, ce qui permet de fabriquer des pièces de meilleure qualité et de réduire les rebuts. moulage par injection la durée du cycle est plus courte, puisque le temps de refroidissement représente généralement environ 70% de l'ensemble du cycle. moulage par injection cycle.

Optimiser les outils pour les rendre plus ergonomiques et améliorer les performances minimales

L'impression 3D facilite la validation de nouveaux outils qui répondent à des besoins non satisfaits dans le domaine de la fabrication, ce qui permet d'utiliser davantage d'outils mobiles et fixes dans la fabrication. Traditionnellement, les outils et les dispositifs correspondants ont été conçus pour durer le plus longtemps possible en raison des dépenses et des efforts considérables nécessaires à leur reconception et à leur fabrication. Grâce à l'impression 3D, les entreprises peuvent remettre à neuf n'importe quel outil à tout moment, et pas seulement ceux qui ont été mis au rebut et ne répondent pas aux exigences.

Avec peu de temps et de coûts initiaux, l'impression 3D rend plus économique l'optimisation des outils pour une meilleure performance marginale. Par conséquent, les techniciens peuvent prendre en compte davantage d'ergonomie lors de la conception afin d'améliorer le confort d'utilisation, de réduire le temps de traitement et de rendre l'outil plus pratique à utiliser et à ranger. Bien que cela ne permette de gagner que quelques secondes sur le temps de l'opération d'assemblage, cela ne représente pas grand-chose. En outre, l'optimisation de la conception des outils peut également réduire le taux de rebut des pièces.

Les moules sur mesure permettent de personnaliser le produit final

Grâce à des cycles de production plus courts, à la possibilité de réaliser des formes plus complexes et de réduire les coûts de fabrication finaux, les entreprises peuvent fabriquer un grand nombre d'outils personnalisés pour aider à la fabrication de pièces sur mesure. Les moules d'impression 3D sont très utiles pour la fabrication sur mesure, notamment pour les équipements médicaux. Les chirurgiens peuvent ainsi disposer d'outils personnalisés imprimés en 3D, tels que des guides et des outils chirurgicaux, qui leur permettent d'effectuer de meilleures opérations et plus rapidement.

Conclusion

En résumé, l'utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des moules de coulée de métal change la donne pour l'industrie manufacturière. Vous pouvez fabriquer des moules complexes sur mesure plus rapidement et plus facilement que jamais. Par rapport à la fabrication traditionnelle de moules, cette méthode présente de grands avantages. Elle permet de fabriquer des moules plus rapidement, à moindre coût et de meilleure qualité. Vous pouvez fabriquer des moules qui font plus de choses, comme rendre les outils plus confortables à utiliser et leur permettre de mieux fonctionner. Les moules personnalisés vous permettent de fabriquer des pièces sur mesure.

En outre, vous pouvez tester et améliorer les modèles plus rapidement, ce qui vous permet de réaliser de meilleurs moulages. Mais vous devez réfléchir à la composition du moule et à la manière dont vous l'imprimez pour vous assurer qu'il fonctionne correctement. Si vous planifiez et faites bien les choses, vous pouvez utiliser l'impression 3D pour améliorer et accélérer le moulage des métaux. Au fur et à mesure que la technologie s'améliore, l'impression 3D et le moulage de métaux changeront la fabrication. Vous serez en mesure de fabriquer des objets d'une nouvelle manière et d'en faire plus.