Application du FSW dans la fabrication additive
Le FSW dans la fabrication additive est une innovation qui présente de nombreux avantages pour les producteurs de pièces métalliques. L’intégration de ce procédé de soudage dans le domaine de l’impression 3D est relativement récente et témoigne de son efficacité.
Conçu à l’origine pour souder des alliages d’aluminium difficiles à assembler avec les méthodes traditionnelles, le Friction Stir Welding (FSW) s’est rapidement imposé comme une solution révolutionnaire pour divers secteurs industriels…
Ce procédé se distingue des autres procédés de soudage par son absence de fusion. Il en résulte une haute qualité des soudures, une distorsion minimale et des propriétés mécaniques améliorées. Son utilisation a ainsi été étendue à d’autres applications telles que la production additive.
Mais qu’est-ce que la fabrication additive ? Comment le soudage par friction malaxage est-il utilisé dans ce secteur ? Et quelles sont les applications courantes ? Dans cet article, TRA-C industrie vous en dit plus sur les principes et intérêts du FSW pour l’impression 3D !
Qu’est-ce que la fabrication additive ?
La fabrication additive, aussi connue sous le nom d’impression 3D, est un procédé de production qui crée des objets en superposant des couches successives de matériau. Il s’agit généralement de plastiques, métaux et céramiques, sous forme de poudre, fil ou liquide.
Un outil de conception assistée par ordinateur permet de concevoir l’objet informatiquement. Une imprimante 3D reçoit ensuite les informations afin de déposer ou de solidifier la matière couche par couche, jusqu’à obtenir la pièce finale !
Les applications de la fabrication additive sont vastes, allant de la production de prototypes à la création de pièces imprimées pour l’aéronautique, l’automobile, et la médecine. Cette technologie révolutionne la manière dont les produits sont conçus et fabriqués.
L’un des principaux avantages de la fabrication 3D est sa capacité à personnaliser les produits en fonction des besoins spécifiques des utilisateurs. Elle permet de créer des objets sur mesure, rapidement et à moindre coût, tout en réduisant les déchets…
Principe de fonctionnement du soudage par friction malaxage
Le Friction Stir Welding est un procédé de soudage à l’état solide. Il utilise une pointe rotative non consommable placée entre deux pièces à assembler. La rotation et la friction générées par l’outil chauffent le matériau en dessous de son point de fusion, permettant de le ramollir.
L’outil rotatif mélange les matériaux des deux pièces le long de la ligne de soudure, créant un joint soudé solide sans fusion. Ce processus réduit les défauts typiques associés aux procédés de soudage traditionnels, comme les fissures et la porosité…
La pression exercée par l’outil sur le matériau provoque une plasticité locale, ce qui permet de fusionner les deux pièces sous forme solide. Cette méthode assure une soudure homogène avec des propriétés mécaniques améliorées par rapport aux techniques conventionnelles.
Le FSW est particulièrement adapté pour les alliages d’aluminium et autres matériaux difficiles à souder. Il s’agit ainsi d’une solution efficace pour créer des assemblages résistants, durables, écologiques et économiques, dans des applications industrielles exigeantes !
Intégration du FSW dans la fabrication additive
Le FSW dans la fabrication additive est utilisé pour assembler plusieurs pièces métalliques. Il permet de souder des sections ou modules de grandes dimensions qui ne peuvent pas être imprimés en une seule fois à cause des limitations de taille des imprimantes 3D.
Le FSW sert également à souder des couches successives de métal directement pendant le processus de fabrication additive. Il consolide ainsi des points de jonction ou des zones de transition sensibles entre différentes sections d’une pièce imprimée en 3D…
Le soudage par friction malaxage est aussi utile pour réparer ou modifier des pièces fabriquées en ajoutant du matériau dans des zones endommagées ou usées. Il est donc idéal pour ajuster ou renforcer des structures déjà existantes.
Enfin, cette technique est utile aux procédés hybrides de fabrication additive. Elle intervient après l’impression 3D pour intégrer des composants métalliques dans des structures imprimées en polymère. Elle permet de finaliser l’assemblage de composants complexes !
Les avantages du FSW dans le domaine de l’impression 3D
L’intégration du FSW dans la fabrication additive présente plusieurs avantages significatifs. Parmi les principaux atouts du soudage par friction malaxage en impression 3D, citons :
- Augmentation de la qualité des soudures : le FSW permet tout d’abord de créer des assemblages sans fissures ni porosité. Il s’agit de défauts courants dans les procédés de soudage par fusion traditionnels ;
- Réduction des distorsions thermiques : en l’absence de fusion, le FSW minimise les déformations dues à la chaleur. Il offre ainsi une meilleure stabilité dimensionnelle des pièces imprimées ;
- Compatibilité avec des matériaux difficiles à souder : le FSW rend également possible l’assemblage d’alliages complexes. L’aluminium et le titane sont en effet difficiles à souder avec les méthodes classiques ;
- Amélioration de la résistance mécanique : les soudures produites par FSW sont aussi plus robustes et durables. Elles augmentent la résistance des pièces aux charges mécaniques ;
- Economies d’énergie : le FSW consomme moins d’énergie que les procédés de soudage par fusion. Il contribue ainsi à réduire les coûts de production et à l’empreinte carbone ;
- Flexibilité d’usage : le FSW est enfin utilisé pour assembler des pièces aux formes complexes, adaptées aux besoins spécifiques de la fabrication additive.
Applications concrètes du FSW dans la fabrication additive
Fort de ses atouts, de nombreux secteurs industriels ont su tirer parti du FSW dans la fabrication additive. Voici quelques-unes des applications courantes de ce procédé innovant :
- Fabrication de pièces aérospatiales : cette technologie permet tout d’abord de créer des composants légers et résistants. Mais aussi de réparer des pièces endommagées pour des pièces sensibles ;
- Production de pièces automobiles : de même, il est utilisé pour fabriquer des pièces complexes et réparer des composants critiques dans les secteurs automobile et de l’e-mobilité ;
- Renforcement de structures industrielles : dans la filière de la construction, le FSW sert aussi à renforcer ou réparer les structures métalliques existantes. Il prolonge ainsi leur durée de vie et améliore leur performance ;
- Fabrication d’outillages et de moules : couplé à l’impression 3D, le FSW permet de produire des moulages et outils résistants. Il offre donc des solutions de fabrication personnalisées et durables ;
- Création de prototypes et maquettes : dans la fabrication additive, le FSW permet enfin de faire du prototypage à grande échelle. Il facilite ainsi le développement et les tests de nouveaux produits.
Une technologie dérivée du FSW pour l’impression 3D
En raison des avantages du soudage par friction malaxage, l’entreprise américaine Aeroprobe a développé une technologie dérivée du FSW dans la fabrication additive. Dénommé MELD, ce processus d’impression 3D à l’état solide permet de produire des pièces sans fusion.
Cette nouvelle technologie combine friction par rotation et forte pression d’une barre métallique sur un support. A la place de la pointe rotative (pion) utilisée en FSW, cette barre solide sert de métal d’apport, déposé par le biais d’un bras robotisé…
Ce procédé de fabrication additive métallique par friction malaxage ajoute très rapidement, à l’état pâteux, des couches métalliques, pratiquement sans gaspillage de matière première. Il permet ainsi d’élaborer des ébauches, de réaliser du rechargement, ou encore d’ajouter de nouvelles fonctions sur une pièce existante.
La majorité des technologies d’impression 3D métallique actuelles reposent sur l’utilisation de laser, de faisceau d’électrons, de frittage, de jet de liant ou de dépôt d’un cordon de soudure. Le MELD, en revanche, est totalement exempt d’apport thermique direct.
TRA-C industrie, expert en FSW dans la fabrication additive
En tant que technologie innovante, le soudage par friction malaxage est aujourd’hui utilisé dans de nombreux secteurs. Son efficacité a ainsi poussé les industriels à développer des applications spécifiques pour le FSW dans la fabrication additive.
Mais les applications du Friction Stir Welding ne s’arrêtent pas à l’impression 3D. Il permet aussi d’assembler des pièces de grandes dimensions, souder des objets avec des configurations complexes, réaliser des soudures qui résistent à des sollicitations extrêmes.
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