Les concepteurs qui commandent des pièces moulées par injection de sable en 3D pour la première fois s’interrogent souvent sur les matériaux disponibles et utilisables. La réponse est simple : tout ce qui est possible avec le moulage en sable conventionnel l’est également avec l’impression 3D en sable, de l’aluminium à l’acier en passant par le fer.
La réponse est plus nuancée : outre les propriétés souhaitées pour la future pièce moulée, la géométrie de la pièce joue un rôle important dans le choix précis du matériau, afin de garantir un remplissage propre du moule et un bon processus de solidification. Comme l’impression 3D en sable ouvre de nouvelles possibilités pour la géométrie des pièces moulées, elle a aussi des implications pour le choix des matériaux. Nous allons les aborder brièvement ici pour la fonte de fer. Nous aborderons l’aluminium et l’acier dans une autre section.
Dans la catégorie de la fonte, il existe bien sûr une multitude de matériaux qui peuvent être affinés et ajustés. Chez CASTFAST, nous proposons actuellement en standard les groupes de matériaux GJL (fonte à graphite lamellaire) et GJS (fonte à graphite sphéroïdal).
Le GJL est le matériau classique de la « fonte grise ». Elle est idéale pour les pièces qui nécessitent plus d’usinabilité que de résistance extrême. La fonte à graphite sphéroïdal (GJS), en revanche, est la plus polyvalente – plus solide et plus résistante, elle constitue un bon choix pour les applications plus exigeantes. Elle peut souvent remplacer l’acier, ce qui fait une énorme différence lors du moulage. Il est plus facile de couler du fer que de l’acier. Le carbone dans la fonte « croît », c’est-à-dire qu’il augmente de volume, en se solidifiant, ce qui crée une pression et rend la structure plus dense. Cela ne se produit pas avec l’acier. Il en résulte, du point de vue de la technique de coulée, un retrait qu’il faut contrôler à grands frais.
Un point important est la résistance spécifique à la compression et à la traction de la fonte. Les matériaux GJL ont une excellente résistance à la compression, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant une grande résistance à la pression. Les matériaux GJS, quant à eux, se caractérisent par une résistance à la traction supérieure, ce qui les rend indispensables pour les applications où le matériau doit résister à des forces de traction.
Ces différences dans les propriétés de résistance nous permettent de proposer une solution adaptée à presque toutes les exigences. Ainsi, un GJL peut n’avoir qu’une résistance à la traction de 200 MPa, mais une résistance à la compression allant jusqu’à 800 MPa. Cela peut être exploité dans la construction ! En outre, le GJL se caractérise par une très bonne conductivité thermique et une grande capacité d’amortissement. Ce sont justement ses propriétés d’amortissement des vibrations qui font du GJL un matériau très apprécié pour les pièces mécaniques.
Grâce à la précision du processus et à la liberté de conception, les moules créés par l’imprimante 3D à sable permettent d’obtenir des pièces moulées plus complexes, plus fines et plus délicates. Poussé à l’extrême, ce procédé a des implications importantes pour le choix des matériaux.
En principe, les matériaux GJL s’écoulent mieux. Ils sont plus « fluides » au niveau micro. Le GJL peut donc bien remplir des formes complexes avec des parois très fines. Le problème est alors le suivant : paroi mince signifie refroidissement rapide, ce qui peut rapidement rendre un matériau GJL très fragile. Les matériaux GJS ont également ce problème de fragilité. Mais ils sont intrinsèquement plus résistants. Ils sont plus tolérants au refroidissement rapide en ce qui concerne leurs propriétés structurelles, mais ils sont également plus résistants à l’état liquide et ne s’écoulent pas aussi bien.
C’est pourquoi, dans la pratique, nous pesons toujours le pour et le contre afin de trouver le bon matériau. En tant que concepteur, vous devez cependant commencer par les propriétés souhaitées pour la pièce. Nous nous occupons des considérations techniques de fonderie dans les cas limites. Jusqu’à présent, nous avons toujours trouvé une solution !
Intéressé par un essai ? Cliquez ici pour accéder à notre Calculateur. Pour en savoir plus sur les matériaux en détail, consultez le tableau ci-dessous. Vous avez encore des questions ? Nous sommes là pour vous aider Nous nous ferons un plaisir de vous répondre sur.
Domaines d’application
Composants légèrement chargés (en traction) tels que petits boîtiers, bâtis de machines légères, capots, cadres de machines électriques.
Propriétés
Bonne usinabilité, faible résistance.
Domaines d’application
Pièces soumises à des charges (de traction) moyennes, telles que les grands bâtis de machines, les carters de grandes boîtes de vitesses, les carters de moteurs, les corps de pompes, les corps de soupapes, les plaques de base.
Propriétés
Meilleure résistance que la GJL 200, bonne usinabilité.
Domaines d’application
Pièces de machines soumises à des charges plus élevées et nécessitant une plus grande résistance, comme les grands carters d’engrenages, les bâtis de presse, les bancs de machines lourds, les grands corps de pompes.
Propriétés
Résistance plus élevée que la GJL 250, toujours bonne usinabilité.
Domaines d’application
Pièces dans l’industrie automobile (corps d’essieu, tambours de frein, pièces de direction), pièces de machines soumises à des charges moyennes.
Propriétés
Bonne résistance et ténacité, meilleure résistance à l’usure que le GJL.
Domaines d’application
Composants automobiles fortement sollicités (essieux de camions, pièces de transmission), composants de machines lourdes, machines agricoles, composants de machines de construction.
Propriétés
Encore plus résistant que le GJS 400, mais moins tenace. Se casse donc plus tôt.
Domaines d’application
Pièces très fortement sollicitées, telles que les pièces automobiles lourdes, les grandes boîtes de vitesses industrielles, les composants pour machines lourdes et engins de chantier.
Propriétés
Haute résistance et très bonne ténacité.
Domaines d’application
Composants soumis à des contraintes extrêmes dans des applications exigeantes telles que les pièces d’engins miniers, les composants d’engins de construction lourds, les pièces soumises à de fortes contraintes dans la production d’énergie.
Caractéristiques
Résistance maximale, mais ténacité minimale. Les fraises s’y cassent littéralement les dents. Très dur, donc peu d’usure.
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