Pièces moulées de remplacement essentielles livrées rapidement grâce à l'impression 3D de sable

Jul 23, 2023

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Les pièces de rechange critiques et les pièces moulées difficiles à trouver souffrent souvent des longs délais de livraison, principalement dus à l'attente pour se procurer des modèles traditionnels ou des boîtes à noyaux. L'acquisition coûteuse d'outils usinés à partir de bois ou de métal pour des coulées ponctuelles ou à faible volume n'est souvent pas rentable.

Pourtant, les pièces moulées les plus critiques, souvent pour les applications d'infrastructure ou de transport, sont en forte demande, et les retards de la chaîne d'approvisionnement sont de plus en plus fréquents. Les technologies perturbatrices stimulent la croissance avec la prochaine génération de pièces moulées en métal.

Le moulage au sable numérique à l'aide de l'impression 3D par jet de liant élimine les coûts élevés et les délais de plusieurs mois de l'outillage de fonderie traditionnel. Le processus d'impression 3D de sable utilise des données numériques pour remplacer l'outillage en imprimant des moules et des noyaux dans le sable directement à partir de fichiers CAO. Aucun retard n'est causé en attendant que de nouveaux modèles soient créés ou que les boîtes de base soient réparées après des années de stockage. Les pièces héritées peuvent être fournies sans le coût initial de création de nouveaux outils pour fournir une pièce coulée de remplacement unique, mais essentielle.

Chaînes d'approvisionnement sans risque avec le jet de liant de sable produisant des moules et des noyaux de fonderie directement à partir de modèles numériques qui réduisent considérablement les délais, l'investissement en outillage et les défauts de coulée

Les fonderies, comme les producteurs d'autres secteurs industriels, bénéficient de l'intégration de l'impression 3D pour résoudre les problèmes de la chaîne d'approvisionnement et fonctionnent plus efficacement tout en dépassant les attentes des clients en fournissant des pièces moulées rapides pour les pièces de rechange.

L'impression 3D au sable est utilisée dans les fonderies depuis plus de deux décennies pour créer des outils de coulée de métal et les systèmes de projection de liant d'aujourd'hui produisent des moules et des noyaux de précision avec une production en volume. Une tête d'impression industrielle dépose sélectivement un liant dans un lit de particules de sable créant une partie solide une fine couche à la fois, similaire à l'impression sur des feuilles de papier.

ExOne travaille pour aider à quantifier le besoin de technologie d'impression 3D de sable pour construire un cadre pour l'approvisionnement en pièces moulées de remplacement rapide. En collaboration avec des partenaires de diverses industries critiques, nous travaillons au développement d'attributs définis et de seuils associés afin d'établir une méthode permettant de déterminer quand il est efficace et économique de s'approvisionner en pièces moulées fabriquées à partir de moules et de noyaux numériques.

Les avantages de l'impression 3D peuvent également être exploités pour améliorer la qualité des composants difficiles à trouver qui rencontrent souvent des problèmes de qualité et de cohérence lors de la coulée. La construction de formes avec jet de liant offre une liberté de conception qui permet l'innovation dans l'outillage de coulée - créant des géométries complexes et consolidées qui permettent un allégement et des performances de pièces optimisées, ce qui n'est pas possible avec les processus traditionnels.

La liberté de conception de la fabrication additive offre des avantages tels que la consolidation du noyau pour réduire les rebuts ou les fonctionnalités de gréement organique qui permettent de réussir les premières coulées pour mettre en service rapidement les pièces moulées critiques de précision.

Les moteurs marins fonctionnent dans des environnements difficiles avec une exposition constante à l'humidité et à l'eau, souvent de l'eau salée, qui détériorent les composants du moteur. Étant donné que les moteurs diesel créent une combustion à partir d'une pression et d'une chaleur élevées dans les cylindres, ils doivent fonctionner à des taux de compression élevés afin de générer suffisamment de chaleur pour auto-enflammer le carburant diesel.

Les culasses sont des composants essentiels du moteur qui supportent d'autres pièces importantes telles que les injecteurs de carburant et les soupapes d'admission et d'échappement. Situés au-dessus de la bride de la chemise et fixés au bloc-cylindres avec des écrous et des boulons, ils sont exposés à des températures et des pressions extrêmement élevées, se dilatant et se contractant lorsque le moteur chauffe rapidement et qu'il se refroidit.

En raison de ces conditions environnementales, les moteurs diesel marins doivent être construits pour résister aux pressions extrêmes associées aux exigences de refroidissement élevées.

Hi-Tech Marine Engineering, un chantier naval en Thaïlande, a été confronté à une culasse présentant des fissures causées par la grande quantité de contraintes liées à la surchauffe. Avec une entreprise qui fonctionne tous les jours de la semaine, le cargo avait besoin d'une réparation rapide pour être remis en service, mais le composant cassé avait près d'une décennie et n'était plus en production chez le fournisseur OEM. "Le délai de livraison est critique dans notre entreprise - nous ne pouvons pas attendre les pièces car nous sommes en activité constante, nous avons donc besoin de délais d'exécution rapides dans le respect du budget", a déclaré Aomthep CheinSuwan, propriétaire de HiTech Marine.

Une pièce de rechange traditionnelle avait un délai de livraison de plus de 10 mois et entraînait un coût d'investissement très élevé. Étant donné que la culasse est une pièce héritée sans outillage, un modèle entièrement nouveau et un ensemble de boîtes de base devraient d'abord être fabriqués pour produire le moulage de remplacement. Pourtant, Hi-Tec Marine avait besoin d'une pièce de rechange dans les quatre semaines. Toute commande à l'étranger nécessiterait au moins huit semaines avec des coûts d'expédition accrus.

Speed ​​3D Mold, un atelier de moulage et de développement de prototypes situé en Thaïlande, avait la solution pour proposer une pièce de rechange de haute qualité fournie dans un délai rapide. « Pour nos clients de l'industrie maritime, où de nombreuses pièces existantes doivent être remplacées, la rapidité est le facteur le plus important pour une maintenance rapide afin de maintenir les systèmes en service », a déclaré Nattinee Valun-araya, responsable de l'ingénierie chez Speed ​​3D Mold.

Avec plus d'une décennie d'expérience dans la fourniture de support de simulation de moulage, d'impression 3D de sable et de moulage de prototypes et de remplacement, le département d'ingénierie de Speed ​​3D Mold a soutenu Hi-Tech Marine avec des services d'ingénierie inverse. L'équipe a scanné en 3D la pièce d'origine pour créer un fichier CAO numérique qui pourrait être utilisé pour développer un moule imprimé en 3D et un noyau pour couler un nouveau composant. Avec l'impression 3D par jet de liant, aucun outillage dur n'est nécessaire pour créer le moulage de remplacement, mais le moule et les noyaux sont construits couche par couche dans du sable directement à partir du fichier CAO.

Grâce à la coulée numérique, Speed ​​3D Mold a également été en mesure d'effectuer des itérations rapides sur la pièce afin d'assurer une qualité optimale pour la culasse de remplacement de Hi-Tech Marine. La pièce contenait de nombreuses caractéristiques complexes, notamment de grandes différences d'épaisseur et de petits canaux de refroidissement, mais pouvait être facilement modifiée avec le processus de coulée numérique. La liberté de conception de la fabrication additive a également permis à Speed ​​3D Mold de mettre à jour la conception du canal de refroidissement ainsi que de placer librement le système de gréement dans le moule sans les limitations traditionnelles de la conception de moulage.

Le moule complexe de 725 x 630 x 572 mm contenait 19 pièces imprimées en 3D sur le système de projection de liant S-Max en seulement 10 heures, sans erreur inattendue de dimension ou de forme.

La culasse de remplacement de près de 100 kg a été coulée en fonte grise et le composant final a été livré à Hi-Tech Marine en seulement deux semaines. L'important investissement en capital pour fabriquer un outillage pour une seule pièce de rechange n'aurait pas été économique, mais la solution de Speed ​​3D Mold pour imprimer directement l'ensemble du moule avec le jet de liant de sable ExOne peut économiser 40 % par rapport à la production conventionnelle.

Un moulage de remplacement traditionnel comportait un délai de 10 mois pour l'outillage - ce remplacement a été produit avec une impression 3D au sable et livré en quelques semaines

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