Lever les verrous liés au post-traitement des pièces métalliques produites par fabrication additive : un enjeu au cœur de la solution développée par le Cetim et Le Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes (LTDS) de l’Ecole Centrale de Lyon-ENISE. Sous l’appellation de Pemec (Procédé electro-mecano chimique), un procédé de polissage associe l’action d’un procédé abrasif avec l’action d’un procédé électrochimique. Cette hybridation permet de parfaire des surfaces rugueuses en un laps de temps réduit, tout en préservant l'intégrité géométrique des pièces afin d'aboutir à des finitions polies miroir.
Si la fabrication additive confirme ses atouts pour la conception de pièces fonctionnelles à haute valeur ajoutée, les états de surface obtenus de ce process nécessitent des opérations de finition pour lesquelles les procédés classiques ne sont pas toujours adaptés. « Lorsque l’on part d'un brut de fabrication additive, en particulier issu de la fusion laser sur lit de poudre, on se trouve face à un niveau de rugosité assez élevé, entre 10 et 20 microns de Ra, et entre 50 et 200 voire 500 microns sur les zones supports. Pour descendre ces niveaux de rugosité, il faut enlever de la matière au risque de se retrouver avec de petites amorces en surface qui pourront, sous sollicitation à la fatigue, provoquer des amorces de rupture, problématiques pour des secteurs importants comme de l’automobile ou l'aéronautique », commente Antoine Gidon, ingénieur Études et Prestations au Cetim.
Afin d'atteindre des états de surface satisfaisants, les industriels peuvent recourir à divers procédés d'enlèvement de matière tels que le sablage, le polissage chimique, le polissage électrolytique, l'électropolissage par voie sèche, ou encore le polissage plasma. Cependant, un constat s'impose : « Nous avons observé qu'aucune technique de traitement de surface, prise individuellement, ne peut aboutir à des niveaux de polissage satisfaisants », ajoute Antoine Gidon.
COMBINER LES TRAITEMENTS MÉCANIQUE ET ÉLECTROCHIMIQUE
C'est précisément cette lacune qui a incité le Cetim et l’Ecole Centrale de Lyon-ENISE à concevoir, en 2020, la machine Pemec, fusionnant différentes techniques en une seule étape, dans le dessein de réduire à la fois le temps et les coûts du post-traitement des pièces métalliques issues de l'impression 3D, principalement en inox.
Pemec combine une action mécanique (abrasion) qui va œuvrer à la réduction de la rugosité, avec une action électrochimique (dissolution anodique) qui va contribuer à la réduction de la micro-rugosité (brillance). Une certaine synergie se créé via la combinaison de ces deux procédés d’enlèvement de matière. Concrètement, les pièces métalliques sont installées dans une solution électrolytique chargée de médias abrasifs, et subissent simultanément un polissage mécanique par abrasion et un électropolissage.
« L’action chimique permet d’atteindre des zones exiguës dans lesquelles les médias abrasifs sont moins efficaces. De son côté, l’action mécanique permet de rompre les couches de passivation générées par l’action électro-chimique, ce qui garantit une grande efficacité du procédé », apprend-on. Toutefois, si les deux parties vont interagir en même temps, la machine peut être programmée selon les besoins des surfaces à traiter, pour effectuer « davantage d'électrochimie, à la fin, pour apporter de la brillance ou augmenter l'intensité mécanique, au départ, si la pièce présente une haute rugosité », pointe l’ingénieur Études et Prestations au Cetim.
D'une rugosité de 10 microns à moins de 1 micron en 1 heure
La synergie entre les deux mécanismes permet ainsi de passer d’une surface rugueuse d’environ 10 microns à une surface polie avec une rugosité inférieure à 1 micron en moins d’une heure. « C’est un record aussi bien du point de vue du ratio de réduction de rugosité que de la durée pour l’obtenir », souligne-t-il.
Après avoir obtenu des résultats probants avec une première machine semi-industrielle développée en commun, le Cetim et Centrale Lyon-ENISE ont travaillé en parallèle au transfert de cette technologie vers les industriels. Côté Cetim, c'est le fabricant GPAInnova qui a manifesté un vif intérêt pour cette innovation en vue de la combiner à sa solution de polissage électro-chimique en voie sèche.
En outre, le Cetim et l’Ecole Centrale Lyon-ENISE poursuivent les études scientifiques sur l’interaction entre tous les jeux de paramètres physico-chimiques. Celles-ci permettront de développer un savoir-faire solide permettant d’établir les plages optimales d’utilisation de ces procédés pour un grand nombre de matériaux et de surfaces fonctionnelles.
