Machine industrielle SLM 125 HL

La machine SLM Solution 125 HL de chez SLM SolutionsGmbh _{est considérée comme étant une machine}

ouverte, ce qui permet d’avoir la possibilité d’expérimenter un grand nombre de conditions de fabrication différentes, que ce soit au niveau de la paramétrie laser, de la stratégie de fabrication ou du supportage

(Figure II. 1 a).

Ses caractéristiques principales sont :

- Un volume de construction de 125 x 125 x 125 mm3

- Un laser fibre commercialisé par IPG de puissance maximale 400 W - Une lentille de focalisation f-theta de 420 mm de longueur focale

- Une alimentation en poudre solidaire du système d’étalement, fonctionnant sur le principe d’une roue à godets qui injecte un volume de poudre choisi devant le racleur

- Un système d’étalement par racleur polymère

- Une tête scanner ScanLab équipée d’un système varioscan (Figure II. 2) permettant une vitesse de balayage maximale proche de 10 m/s sur scans linéaires et une variation par défocalisation du diamètre du faisceau (de 70 µm à 240 µm).

L’enceinte de travail est inertée par un flux latéral d’argon (ou d’azote) pour éviter les phénomènes d’oxydation. Ce flux latéral de l’ordre de quelques m/s permet aussi d’évacuer les fumées et éjectas qui risquent, en autres, d’altérer le hublot d’où provient le faisceau laser. Ce flux, dirigé de la droite vers la gauche (Figure II. 1 b) permet également d’évacuer sur le bord de l’enceinte toutes les éjections

métalliques émises lors de l’interaction laser-lit de poudre, afin d’éviter qu’elles ne contaminent le lit de poudre et/ou les pièces en cours de fabrication.

CHAPITRE II : MOYENS EXPERIMENTAUX ET MATERIAUX

Figure II. 1: (a) Machine SLM Solutions GmbH (b) Intérieur de la chambre de fabrication.

Figure II. 2 : Caustique du faisceau laser sur la machine SLM.

La fabrication de pièces sur machine se déroule en différentes étapes :

(1) Préparation des fichiers numériques. Sur les pièces simples (cubes en 316L) réalisées dans notre étude, les géométries des pièces sont directement dessinées dans le logiciel Magics de Materialise, puis positionnées sur le plateau de fabrication. Les supports sont alors générés automatiquement sous forme de grilles architecturées, à la fois fines et dentelées. On associe ensuite une gamme de paramétrie (puissance, vitesse, diamètre du laser, stratégie) à chacune des zones (contour ou remplissage) de toutes les pièces

CHAPITRE II : MOYENS EXPERIMENTAUX ET MATERIAUX

créées. Après avoir indiqué l’épaisseur de couche, la pièce est tranchée numériquement (Slicing) et on peut visionner directement sur l’écran chaque couche avec la stratégie de balayage associée. Dans une dernière étape, le nouveau fichier créé (avec une extension .magics) est ensuite exporté sur la machine.

(2) Préparation de la poudre : La machine est chargée en poudre à partir du réservoir visible (Figure II. 1a) de la machine. Cette poudre est préalablement tamisée à 75 µm et étuvée plusieurs jours à 80°C. Lors d’un changement de matériau, tous les contenants machine (réservoir, conduits, enceinte…) sont entièrement nettoyés afin d’éviter les contaminations.

(3) Préparation de la fabrication : Le plateau est fraisé à chaque fabrication pour retirer tous les résidus des supports des essais précédents. Le réglage de la hauteur du plateau pour la première couche est fait manuellement. Pour l’ensemble de nos essais, le plateau a été préchauffé à 80°C afin de minimiser les contraintes résiduelles. Des taux d’oxygène inférieurs à 0,05 % ont été utilisés pour les essais. Le débit d’argon dans l’enceinte est régulé par une pompe et un circuit de filtrage-recirculation permet au bout de quelques dizaines de minutes d’atteindre des taux d’oxygène inférieurs à 0.01 % (100 ppm), avec une légère surpression dans la chambre de travail.

(4) Fabrication : la poudre est récupérée et étalée sur le plateau par le racleur. Ce racleur est constitué d’une bande en silicone non rigide et jetable. L’étalement de poudre se fait par la descente préalable du plateau d’une hauteur h, le trop plein de poudre étant évacué dans deux réservoirs situés de part et d’autre du plateau. En réalité, la machine étale une épaisseur de poudre supérieure à la hauteur de descente du plateau de poudre Δh, indiqué généralement en raison de la densification à la fusion qui augmente graduellement l’épaisseur à remplir. Ainsi, pour une compacité moyenne du lit de poudre de 50 %, cette hauteur de poudre va tendre vers 2.h avant de se stabiliser au bout de quelques couches (§

IV.1.1.3). Après lasage, un temps de refroidissement plus ou moins long entre chaque mise en couche

peut être fixé. Le racleur revient alors à sa position initiale et ré-étale de la poudre. Les différentes opérations (étalement ou fusion laser) peuvent être suivies depuis le hublot frontal ou la caméra de contrôle.

(5) Désolidarisation des pièces : Une fois la fabrication terminée les pièces sont dépoudrées et le plateau peut être retiré de l’enceinte (Figure II. 3a). Les supports sont ensuite détachés du plateau, et les résidus de support éliminés ultérieurement par ré-usinage. Enfin, la poudre récupérée dans le réservoir peut être tamisée et réutilisée. Par contre, la poudre aspirée et mélangée à l’eau n’est pas recyclable et sera décantée, séchée et conditionnée en containers avant d’être remise à un organisme dédié.

Grâce à cette machine, différentes études ont été réalisées sur trois niveaux (Figure II. 3):

(1) à partir des pièces fabriquées (cubes de 10 mm de côté), une analyse du taux de porosité et de la géométrie des cordons en fonction des paramètres opératoires (P, V, D, épaisseur de couche).

(2) à partir d’une caméra rapide (2000 im/s) placée devant la fenêtre, une observation de l’interaction laser-poudre-bain liquide sur des mono-cordons.

CHAPITRE II : MOYENS EXPERIMENTAUX ET MATERIAUX

Figure II. 3 : Exemples de données récupérées à partir de la machine : (a) pièces SLM (cubes de 10 x 10 x 10 mm) (b) observation de l’interaction laser-lit de poudre à partir d’une caméra rapide

située à l’extérieur de l’enceinte.