Problème — Collecteur hydraulique imprimé par fusion laser

Procédés de fabrication et usinage · niveau 2

Énoncé

Un collecteur hydraulique en alliage d'aluminium, dont les canaux internes se croisent, est fabriqué par fusion laser sur lit de poudre, en couches de $30 μ m$ . Construit dans sa position la plus basse, il mesure $96 mm$ de haut ; chaque couche (étalement de la poudre et balayage du laser) demande en moyenne $20 s$ . Règle de conception donnée : une surface tournée vers le bas et inclinée de moins de $4 5^{\circ}$ sur l'horizontale doit être soutenue par des supports.

Calculer le nombre de couches et la durée de fabrication.
Où faut-il des supports ? Pourquoi dessine-t-on de préférence des canaux de petit diamètre, ou de section en goutte d'eau pointe en haut ?
Pourquoi faut-il un traitement de détente avant de séparer la pièce du plateau, et ordonner les opérations jusqu'à la pièce finie ?

Corrigé

$\frac{96}{0 , 030} = 3200$ couches, soit $3200 \times 20 = 64000 s = 17, 8 h$ . Le temps dépend de la hauteur construite : on oriente la pièce pour la rendre basse, sous réserve des supports qu'impose cette orientation.
Une surface tournée vers le bas et peu inclinée surplombe la poudre non fondue, qui ne la porte pas : elle s'affaisse et se déforme sous les contraintes thermiques. Les supports la portent et évacuent la chaleur vers le plateau ; on les enlève ensuite, ce qui laisse une surface dégradée, donc à éviter sur les surfaces fonctionnelles. À l'intérieur d'un canal, aucun support ne peut être retiré : la voûte d'un canal circulaire de petit diamètre se construit sans support, et une section en goutte d'eau, pointe en haut, n'a que des surfaces inclinées à $4 5^{\circ}$ au moins.
Chaque couche fond puis se solidifie très vite au contact de la pièce déjà construite : la pièce garde des contraintes résiduelles importantes. Séparée du plateau sans précaution, elle se déformerait, voire se fissurerait ; le recuit de détente, fait sur le plateau, relâche ces contraintes. Suite des opérations : fabrication, détente sur plateau, séparation (scie ou électroérosion à fil), retrait des supports, reprise d'usinage des portées d'étanchéité et des taraudages, contrôle d'étanchéité. La fusion laser donne la forme interne, l'usinage la précision.