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Laserauftragschweißen als additives Fertigungsverfahren

Rechargement par dépôt laser (Laser Metal Deposition)

Le rechargement par dépôt laser est un procédé de fabrication génératif pour les métaux. La désignation généralement utilisée à l'international est « Laser Metal Deposition », en abrégé LMD. On parle également de « Direct Metal Deposition » (DMD) ou de « Direct Energy Deposition » (DED). Le principe est simple : le laser crée un bain de fusion à la surface du composant. Une buse projette de la poudre métallique de manière automatisée. Il en résulte deux cordons soudés entre eux, qui forment des structures sur des corps de base, ou bien des composants entiers. Ce procédé est utilisé dans des secteurs comme l'aéronautique et l'aérospatiale, le génie énergétique, la pétrochimie, l'industrie automobile et la technologie médicale. Les clients TRUMPF bénéficient de la large gamme de lasers et de systèmes laser, du savoir-faire en matière de processus et des services que la marque propose pour une multitude d'applications. Ainsi, la technologie Laser Metal Deposition peut être combinée au soudage ou à la découpe laser.

Taux de dépôt plus élevés

Le rechargement par dépôt laser permet de créer des structures grossières ou très fines – dans les deux cas, le taux de dépôt est très élevé par rapport aux autres procédés génératifs.

Variété de matériaux

Plusieurs réservoirs de poudre peuvent être activés durant le processus, ce qui permet de développer ses propres alliages en cas de besoin. La combinaison de différentes matières permet d'obtenir des structures en sandwich.

Flexibilité

Le rechargement par dépôt laser permet d'appliquer des structures 3D sur des surfaces existantes irrégulières, et de réaliser ainsi simplement des changements de géométrie.

Changer de matière facilement

Le procédé Laser Metal Deposition permet de passer facilement d'une matière à une autre au cours d'un même processus de travail.

Brève explication du processus de rechargement par dépôt laser

Verfahrensskizze Laser Metal Deposition

Tout d'abord, le faisceau laser chauffe la pièce à usiner de manière localisée et génère un bain de fusion. Une buse située dans l'optique d'usinage pulvérise une poudre métallique très fine directement dans le bain de fusion. La poudre fond alors et se lie à la matière de base. Au terme de ce processus, il subsiste une couche d'env. 0,2 à 1 millimètre d'épaisseur. En cas de besoin, il est possible de superposer de nombreuses couches. Le gaz de protection utilisé est souvent de l'argon. Pour former des lignes, des surfaces et des formes, l'optique d'usinage, pilotée de manière automatique, se déplace au-dessus de la pièce. Un système de capteurs intelligent veille à ce que l'épaisseur de la couche soit toujours uniforme partout.

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Les domaines d'utilisation : aussi variés que la technologie elle-même

Le Laser Metal Deposition, c'est bien davantage que l'impression 3D. Les multiples domaines d'application de ce procédé de fabrication innovant vont du revêtement et de la réparation de composants à la génération de composants entiers avec une complète liberté créative en passant par des processus d'assemblage comme le colmatage de fentes.

EHLA – application de revêtements avec des vitesses de processus élevées

Le procédé EHLA accélère considérablement le rechargement par dépôt laser, d'où sa désignation qui signifie « rechargement par dépôt laser à extrêmement haute vitesse ». En effet, la matière d'apport en poudre est frappée par la lumière laser avant même d'atteindre le bain de fusion, et celle-ci l'amène déjà presque au point de fusion alors qu'elle est encore en cours d'acheminement vers le composant. Conséquence : les particules fondent plus rapidement dans le bain de fusion, et l'énergie est utilisée de manière beaucoup plus efficace. Le procédé EHLA permet ainsi d'atteindre des taux de couverture de plus de 250 centimètres carrés par minute. Ce chiffre représente une augmentation considérable par rapport au rechargement par dépôt laser « normal », qui ne dépasse pas 40 centimètres carrés par minute. Les couches peuvent par ailleurs atteindre une épaisseur nettement plus faible, de 10 à 300 micromètres. TRUMPF est déjà parvenu à introduire dans le production en série ce procédé développé et breveté par le Fraunhofer Institut für Laser Technologie.

Un revêtement pour plus de longévité

Le procédé LMD permet d'appliquer simplement des structures sur des composants pour les renforcer localement ou pour adapter leur géométrie. Le composant sous-jacent peut être constitué d'une matière moins onéreuse. Le fait de doter les composants d'une couche de protection contre la corrosion ou l'usure permet d'améliorer leur qualité et de les protéger contre les fortes sollicitations mécaniques ou chimiques. Par rapport aux procédés traditionnels comme le soudage plasma à arc transféré ou la projection thermique, la pièce à usiner n'est soumise qu'à de faibles sollicitations thermiques dans le cadre du rechargement par dépôt laser, de sorte que le risque de gauchissement, etc., est réduit. De plus, le procédé Laser Metal Deposition offre une rentabilité nettement supérieure grâce à son haut degré d'automatisation et à sa bonne reproductibilité.

Génération – la liberté de forme

Le rechargement par dépôt laser offre une grande liberté de conception pour la fabrication individuelle de composants, surtout par comparaison avec les pièces obtenues par moulage sous pression. Le rechargement par dépôt laser avec une matière d'apport permet de créer des structures entièrement nouvelles, ou bien de modifier la forme ou la structure de surface de composants existants. Le procédé permet même de générer entièrement des composants de grand format, qui ne tiennent pas dans le local de construction d'une imprimante 3D.

Réparation – retoucher plutôt qu'envoyer à la casse

Le rechargement par dépôt laser avec matière d'apport permet de réparer simplement les composants au coût de production élevé, et de remettre rapidement et pleinement en état la pièce ou l'outil. Cela vous permet non seulement d'économiser du temps en raison d'éventuels délais d'acheminement ou de livraison, mais aussi de l'argent. En effet, il est nettement plus rentable de réparer un composant constitué d'une matière coûteuse, comme un alliage de nickel spécial, que d'en racheter un neuf. Il est également possible de modifier le design d'un composant. Par rapport aux autres procédés, comme le rapiéçage (« patching »), qui consiste à fixer des plaques de métal sur les emplacements défectueux, le soudage plasma à arc transféré ou le soudage TIG classique, le procédé LMD produit une sollicitation thermique réduite, et il est très précis. Cette dernière caractéristique permet une excellente reproductibilité.

Soudage avec matière d'apport : adieu les fentes

Le rechargement par dépôt laser avec matière d'apport peut également servir de procédé d'assemblage, pour souder des composants qui ne sont pas optimisés pour le soudage laser. Le procédé Laser Metal Deposition permet en effet de colmater des fentes assez importantes et de rendre des composants hermétiques sans préparatifs lourds. Le rechargement par dépôt laser produit des soudures homogènes et denses, qui ne nécessitent en général que peu de retouches. De plus, l'alimentation en poudre coaxiale rend le processus d'assemblage tridimensionnel et omnidirectionnel, par opposition au soudage avec fil de soudage. Le rechargement par dépôt laser permet en outre de relier différentes matières, comme l'acier et la fonte d'aluminium, pour assembler par exemple les batteries des moteurs électriques.

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Le Laser Metal Deposition, procédé de fabrication additive

Le Laser Metal Deposition est également connu sous les désignations anglaises de Direct Energy Deposition et de Laser Cladding. Le processus est on ne peut plus simple : le laser crée un bain de fusion à la surface de la pièce. Une buse ajoute automatiquement une poudre de métal. Des cordons soudés entre eux sont ainsi créés et forment des structures sur des éléments ou des composants existants.

Technologiebild generatives Laserauftragschweißen

Avantages du rechargement par dépôt laser

Avec le rechargement par dépôt laser comme procédé de fabrication additive, vous tirez parti de longues années d'expérience du Laser Metal Deposition utilisé pour la réparation. Par comparaison avec d'autres procédés génératifs, les taux de dépôt, et donc la vitesse du processus, sont élevés. Plusieurs réservoirs de poudre peuvent être utilisés durant le processus, de sorte que vous pouvez développer votre propre alliage en cas de besoin. En combinant différentes matières, vous pouvez créer des structures en sandwich. Faites votre choix parmi une large gamme de matières sous forme de poudre, parmi lesquelles des aciers, des alliages à base de nickel (Ni), de cobalt (Co), d'aluminium (Al), de cuivre (Cu) ou de titane (Ti) ainsi que du carbure de tungstène (WC) ou du carbure de titane (TiC) incorporé dans des matrices métalliques. Le rechargement par dépôt laser génératif est utilisé dans des branches telles que l'aéronautique et l'aérospatiale, l'énergie, la pétrochimie, l'automobile et la technologie médicale.

Mittels Auftragschweißen erstellte Förderschnecke.

Domaines d'utilisation

Le procédé Laser Metal Deposition peut être utilisé pour le revêtement et la réparation, pour la génération de composants entiers et les processus d'assemblage comme le colmatage de fentes. Dans le domaine de la fabrication additive, il permet également de générer des composants complets et de combiner différents procédés de fabrication. Un corps de base moulé ou déformé à l'aide d'un procédé conventionnel peut ainsi être proposé dans de nombreuses variantes de manière économique. Vous pouvez également combiner la technologie Laser Metal Deposition avec le soudage laser ou la découpe laser.

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