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Du nouveau chez EMAG eldec: La fabrication additive accroît la précision du réchauffement par induction

Le procédé de fabrication des inducteurs pour le réchauffement par induction est traditionnellement complexe. Malgré les longues années d’expérience et le savoir-faire de ceux qui fabriquent les outils de précision, ce procédé de fabrication a ses limites. Ainsi, tous les produits fabriqués à la main présentent toujours des différences minimes. Même si celles-ci se compensent sans problème, elles obligent à effectuer des corrections à chaque changement d'outil. Tous les régleurs le savent, même ceux travaillant dans l’usinage par enlèvement de copeaux. Autre facteur contraignant : la taille de l’inducteur. Plus un inducteur doit être petit et complexe, plus sa fabrication se complique – jusqu’au moment où toute fabrication manuelle devient impossible. Ce fut pendant longtemps le status quo jusqu’à l’avènement de la fabrication additive, un nouveau procédé qui permet d’aborder le réchauffement par induction sous un angle totalement nouveau.

Meilleur débit du liquide de refroidissement grâce à la fabrication additive des inducteurs
Fabrication additive dans la construction des inducteurs
Montage de l’enroulement d’inducteur sur le pied d’inducteur
MIND-L 1000 Machine de trempe par induction EMAG eldec

Le Dr Dirk Schlesselmann, chef du service R&D d'EMAG eldec, observe attentivement le laser qui se déplace à vive allure sur le lit de poudre de la machine. Sur fond de poudre se dessinent progressivement les contours d’un enroulement d’inducteur fabriqué selon le procédé SLM (Selective Laser Melting).

« C’est l’une des innovations les plus passionnantes à mon avis », explique le Dr Schlesselmann. « Une étape intermédiaire suffit et je peux passer directement de la conception à la fabrication de l’enroulement ».

Cette étape intermédiaire sert à préparer les paramètres machine pour la fabrication additive – ce qu’on appelle le prétraitement. Qualité de surface, précision dimensionnelle et durée de vie optimales ne peuvent être obtenues qu’avec une orientation et un appui corrects de l’enroulement dans l’espace de montage de la machine.

En moyenne, la fabrication d’un enroulement d’inducteur dure de 8 à16 heures. Fabriqué à partir d’un alliage de cuivre, l’outil doit ensuite être soumis à un traitement thermique pour optimiser la conductivité électrique du matériau. Puis l’enroulement est soudé au pied d’inducteur, le tout étant exécuté à la main. « Après cela, l’inducteur est opérationnel et je peux réaliser les premiers tests. Je peux donc charger les données préparées dans la machine le lundi et je tester les premières pièces en laboratoire dès le mercredi. C’est incroyablement rapide », explique le Dr Schlesselmann.

La fabrication additive optimise le débit du liquide de refroidissement

La rapidité n’est toutefois pas le seul avantage de ce nouveau procédé ; il offre en effet des perspectives totalement nouvelles en termes de conception.

« Un des défis du réchauffement par induction est le refroidissement de l’inducteur. Pour minimiser ce réchauffement ainsi que la dilatation thermique associée de l’outil, du lubrifiant réfrigérant parcourt les inducteurs. C’est la seule façon de garantir une longévité satisfaisante. Avec la fabrication additive, nous sommes en mesure de concevoir des inducteurs capables d’assurer un débit optimal du liquide de refroidissement », explique le Dr Schlesselmann. Dans cet optique, EMAG eldec mise sur l’alliance de l’expertise des ingénieurs et des logiciels de simulation numériques. Les logiciels calculent et analysent le débit du liquide de refroidissement. Si, par exemple, des « zones mortes » sans passage de liquide de refroidissement ni turbulences sont repérées dans l’inducteur, ces zones peuvent être optimisées par des ajustements ciblés de la topologie. Ainsi, les points chauds sont éliminés pour laisser place à un débit régulier et maximum. Le procédé SLM garantit une réalisation de la géométrie fidèle à la conception et, par conséquent, une excellente efficacité de refroidissement de l'inducteur.

« La mise en œuvre très précise des données de conception est un atout supplémentaire de ce procédé. La fidélité dimensionnelle des enroulements d'inducteurs imprimés et soudés est bien supérieure à celle de la production manuelle. Pour garantir la précision dimensionnelle requise, nous utilisons des bras de mesure 3D. De cette manière, nous sommes sûrs de la qualité irréprochable de chaque inducteur produit », poursuit le Dr Schlesselmann.

Un nouveau procédé pour des géométries complexes

Aux innovations susmentionnées, le Dr Schlesselmann ajoute un tout autre aspect positif lorsqu'on l'interroge sur les avantages de cette technologie :

« C’est la première fois que la conception des inducteurs n’est pas limitée par les restrictions imposées au processus de fabrication. Nous sommes désormais en mesure d’obtenir des géométries d’inducteurs impossibles à réaliser à la main. Je pense ici avant tout à de très petits inducteurs filigranes qui ouvrent la voie au réchauffement par induction d'une gamme de pièces entièrement nouvelle. Nous faisons ici œuvre de pionniers avec nos clients. C’est passionnant », déclare le Dr Schlesselmann.

Lors de tests sur le terrain avec des clients sélectionnés, EMAG eldec a déjà pu confirmer que le processus fonctionne de manière aussi fiable que nous l'avons décrit ici. C'est ce que rapporte le Dr Schlesselmann : « Jusqu’à présent, les réactions de nos clients sont toutes positives. En ce qui concerne la durée de vie, nous ne pouvons pas encore nous prononcer définitivement mais les résultats déjà obtenus montrent que des durées de vie nettement plus longues sont possibles avec les inducteurs SLM. Avec un inducteur fabriqué selon la méthode additive, un client est parvenu à doubler la durée de vie de son produit sans que l'inducteur ne présente de signes d'usure ».

Fabrication additive dans le cadre du système High Precision Tool System de EMAG eldec

Le nouveau procédé de fabrication fait partie d'une offensive qualité lancée par EMAG eldec pour hisser le trempage par induction à un tout autre niveau.

HPTS – High Precision Tool System, c’est le nom donné par EMAG eldec à cet ensemble de mesures visant à révolutionner toute une branche de l’industrie.

« Tout a commencé avec la conception de notre nouvelle machine de trempe par induction MIND L 1000 », explique Andreas Endmann, responsable des ventes des systèmes de trempe chez EMAG eldec. « Cette nouvelle machine se caractérise par une structure très rigide et donc une précision très élevée. À peu près à la même époque, nous avons lancé les  premiers essais de fabrication additive et nous avons vite compris que c'était l’occasion unique de porter le trempage par induction à un tout autre niveau de qualité. Pour ne pas compromettre l'avantage que la structure rigide de la machine et la haute précision des inducteurs apportent par une installation imprécise des outils dans la machine, nous avons conçu un pied d'inducteur entièrement nouveau et un logement d'inducteur correspondant pour la machine, le 3D-Coil Connect. Combinée à la topographie 3D des inducteurs imprimés susmentionnée, cette innovation assure la continuité du processus de trempage par induction de haute précision en éliminant les ajustements compliqués lors du changement d'outil. Cette avancée est absolument  décisive », conclut Andreas Endmann.