Université de Las Palmas - Grande Canarie

Le groupe de recherche sur la fabrication intégrée de pointe de l'université de Las Palmas de Grande Canarie, mène des recherches sur les processus de fabrication. Les travaux du groupe portent sur divers domaines de recherche bien établis, dont le traitement des polymères, la fabrication additive, les fibres naturelles et la biofabrication.

Les principales missions du groupe de recherche universitaire portent sur les cours dispensés à l'université, la recherche publique et la recherche privée. La plupart des projets de recherche sont financés par des fonds publics et se fixent comme objectifs de produire des connaissances et de développer la R&D et des technologies innovantes pour la collectivité. Des projets sont également développés pour différents acteurs privés dans des domaines tels que l'aéronautique, la métallurgie et l'agriculture.

Développer des électrodes d'électroérosion en cuivre en utilisant la technologie Markforged Métal FFF.

L'objectif est de concevoir des électrodes d'électroérosion en cuivre grâce à la technologie Markforged Métal FFF. Il s’agit avant tout de tirer parti des technologies de pointe pour relever de nouveaux défis et découvrir des solutions de fabrication innovantes. Des systèmes Metal X, et d’autres systèmes similaires, ont été acquis pour la R&D sur la production de composants métalliques par fabrication additive, en complément des différents processus conventionnels utilisés par le groupe de recherche (fabrication soustractive, moulage et déformation).

Ce projet porte tout particulièrement sur le développement d’électrodes d’électroérosion. L'électroérosion est une technique principalement utilisée pour fabriquer des pièces complexes à partir de métaux durs ou difficiles à usiner. En règle générale, on l’utilise pour les matériaux conducteurs, mais les céramiques isolantes peuvent également être traitées par électroérosion sous certaines conditions.

En juin 2021, le client a opté pour les imprimantes 3D Markforged Metal X et Mark Two. Ces imprimantes ont été spécialement choisies car elles sont les seules à pouvoir réaliser des travaux de R&D sur des composés métalliques et thermoplastiques de haute performance.

En adoptant la technologie Markforged, le groupe universitaire de recherche sur la fabrication intégrée de pointe, s’est doté d’un équipement de fabrication additive dernière génération, qui fait figure de référence non seulement au sein du groupe, mais aussi auprès d'autres groupes travaillant dans les domaines de la biomécanique, de la prothèse, etc. Le recours à une technologie de pointe permet au groupe de recherche de traiter de problématiques extrêmement complexes et de gagner en visibilité en apportant des solutions à des défis de plus en plus complexes.

Markforged propose non seulement des technologies financièrement compétitives, mais apporte également son expertise et ses connaissances en matière de développement d’équipements, contribuant ainsi à simplifier la production de pièces en amont, tout en minimisant la probabilité d'erreurs.

« Les technologies de frittage laser des métaux sont considérées comme une alternative à la fabrication additive. Le coût de ces technologies est plus élevé et elles ne permettent pas toujours d’obtenir une meilleure qualité de surface », explique Pablo Rubén Bordón Pérez, ingénieur industriel et chargé de cours au sein du département d'ingénierie mécanique.

Le groupe a dû faire face à des contraintes liées au coût de l'investissement et à son incapacité à produire, à l'aide de ses propres équipements et à un prix raisonnable, des pièces métalliques présentant des formes géométriques complexes.

« Au-delà de la contrainte de devoir disposer d’une installation de gaz pour pouvoir utiliser la technologie Metal X de Markforged, l’intégrer a été très simple du fait de sa taille compacte et de sa simplicité de mise en oeuvre », poursuit Pablo Rubén Bordón Pérez.

Les pièces imprimées avec les deux imprimantes Markforged étaient des petites pièces de test, et les premiers développements ont porté sur la recherche d'une solution pour la fabrication d'électrodes d'électroérosion en cuivre.

Le cuivre, l'un des matériaux pouvant être utilisés avec la technologie Metal X, est le matériau idéal pour les électrodes d'électroérosion. La technologie Metal X ouvre de nombreuses perspectives en matière de fabrication d'électrodes en cuivre.

Il existe de nombreuses applications possibles en fonction des matériaux. Dans le domaine de la recherche, les matériaux disponibles offrent généralement un spectre vraiment extraordinaire de possibilités ; les matériaux utilisés étant fonction de chaque projet de recherche.

« Cela a permis aux équipes utilisant l’équipement, de renforcer leurs compétences techniques et de les valoriser, car elles développent de nouveaux composants ou apportent des solutions à des problématiques spécifiques, choses qui n’étaient tout simplement pas possibles jusqu’à présent », précise Pablo Rubén Bordón Pérez.

Test technologique

La fabrication par dépôt de fils métalliques fondus (FFF) est un processus de fabrication additive innovant, qui permet de créer des pièces métalliques complexes à partir de matériaux tels que le cuivre. L'un de ses avantages tient aux perspectives qu'elle offre en matière d'outillage rapide. Il s'agit de concevoir une électrode en cuivre en utilisant la technologie FFF métallique pour l'usinage par électroérosion (EDM) et de comparer ses performances à celles du cuivre électrolytique classique.

Des tests de densité, de conductivité électrique et de spectroscopie de dispersion d’énergie par rayons X ont été réalisés lors de l'analyse initiale des électrodes Markforged et électrolytiques. Des expériences ont été menées sur des modèles d'électroérosion antérieurs et des optimisations ont été réalisées au moyen d'algorithmes génétiques afin de définir un cadre de comparaison pour chacune des deux électrodes.

Des essais finaux d’électroérosion ont ensuite été réalisés pour mesurer le taux d’usure des électrodes, la rugosité de la pièce et le taux d’enlèvement de matière pour chacune des électrodes. Les résultats de l’électroérosion démontrent que la technologie Métal FFF peut être utilisée pour fabriquer des électrodes d’électroérosion fonctionnelles, avec des taux d’enlèvement de matière et une rugosité des pièces comparables à ceux des électrodes conventionnelles, mais avec une usure plus élevée de l'électrode. Cela s’explique principalement par la porosité interne, les espaces vides et autres imperfections observées via une microscopie électronique à balayage par effet de champ (FESEM).

En tant que centre de recherche achetant des équipements avec des fonds publics, on ne peut pas parler d'un retour sur investissement classique, comme c'est le cas dans le secteur privé. Toutefois, compte tenu des possibilités de développement et d'innovation offertes par la technologie Markforged, on peut considérer que cette technologie permet non seulement de réaliser des économies sur le long terme en matière de fabrication, mais aussi de favoriser l'obtention de nouveaux financements et de nouvelles ressources.

« Les résultats encourageants obtenus avec la technologie Markforged laissent présager que notre centre de recherche utilisera dans le futur, d’autres technologies de cette même société », conclut Pablo Rubén Bordón Pérez.

+ Production d’électrodes d’électroérosion 100 % fonctionnelles

+ Densités et conductivités dans la même fourchette

+ Rugosité (norme allemande, VDI) et taux d’enlèvement de matière similaires

+ Taux d’usure plus élevé des électrodes Markforged

+ De nouvelles opportunités de fabrication d’électrodes complexes

+ ANALYSE SEM Markforged Metal XTM System (Métal FFF)