Fabrication additive : une avancée dans les aciers à outils pour le travail à froid

Si la fabrication additive est déjà utilisée dans de nombreuses applications, le domaine des outillages pour le travail à froid a été peu exploré. Dans le cadre de ses travaux de R&D, le Centre a donc testé un nouvel acier prometteur pour cette application

Produire des outils de travail à froid par fabrication additive : utopie ou réalité ? Pour répondre à cette question, dans le cadre de travaux de R&D pour le compte des industriels français, le Cetim a testé l’acier Vibenite 150 (désignation commerciale) pour la fabrication d’outils de travail à froid par fusion de lit de poudre par faisceau d’électrons (Electron Beam Melting - EBM, en anglais). Ce couple matériau/procédé utilisé semble ouvrir la voie à des applications nouvelles, notamment dans le domaine des outillages de découpage-emboutissage, ou encore des moules d’injection plastique. En effet, l’acier a une dureté Rockwell élevée (de 58 à 64 HRc) après un traitement thermique, la fabrication additive permet de réaliser des canaux de refroidissement pour dissiper la chaleur engendrée par le processus de façonnage des pièces et l’EBM met en œuvre un préchauffage de la matière de l’outil important, de l’ordre de 800°C, qui améliore sa soudabilité.

Une batterie de tests

Le Centre a testé les performances de l’acier et la réalisation de canaux internes sur des éprouvettes et des démonstrateurs obtenus par EBM selon les deux états métallurgiques possibles : brut de fabrication additive et après un traitement thermique pour obtenir une dureté de 62 HRc. Les pièces obtenues ont été passées au crible : analyse chimique du matériau, taux de porosité, état de surface, tenue mécanique, etc. Par ailleurs des tests sur une éventuelle obstruction des canaux de refroidissement, due à des résidus de poudre, ont été effectués par le passage d’un fluide. Enfin, les défauts de déformation et de fissuration engendrés par les contraintes résiduelles produites par l’EBM ou le traitement thermique ont été évalués sur un démonstrateur spécifique.

Le bilan de ces travaux montre des performances mécaniques satisfaisantes pour des applications d’outils de travail à froid et une dureté de 62 HRc atteinte après traitement thermique. Toutefois la résilience du matériau est très faible, rendant les pièces obtenues fragiles. Par ailleurs, la fabrication de canaux internes demeure une limitation majeure du procédé EBM. En effet, l’élimination complète de la poudre restante dans les canaux demeure impossible, hormis pour des géométries simples (trous rectilignes) et des diamètres compris entre deux et quatre millimètres.

Retrouvez plus d’informations sur les travaux de R&D en fabrication additive conduits pour le compte des industriels français et les résultats sur une nouvelle nuance d’acier pour fabriquer par fusion laser de lit de poudre des pièces pouvant être traitées par nitruration.

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