CH718075A2 - Process for manufacturing a metal part, part obtained by this process and horological article comprising such a part. - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un procédé de fabrication d'une pièce métallique comprenant les étapes suivantes : a) formation d'une ébauche (10a) par fabrication additive métallique selon une technique d'impression 3D métallique, ce par quoi on obtient une ébauche de la pièce présentant un état de surface de premier niveau avec une première valeur de rugosité Rt1, b) finition d'au moins certaines faces de l'ébauche par la technique d'enlèvement de matière par usinage électrochimique (ECM pour „Electro-Chemical Machining“), ce par quoi on obtient une pièce (10b) dont lesdites faces ayant subi l'étape de finition présentent un état de surface de deuxième niveau avec une deuxième valeur de rugosité Rt2 plus petite que la première valeur de rugosité Rt1. L'invention concerne la fabrication de pièces pour l'horlogerie, notamment des pièces de fermoir pour bracelet de montre.The invention relates to a method of manufacturing a metal part comprising the following steps: a) forming a blank (10a) by metal additive manufacturing according to a metal 3D printing technique, whereby a blank of the part having a first level surface condition with a first roughness value Rt1, b) finishing of at least certain faces of the blank by the technique of material removal by electrochemical machining (ECM for „Electro-Chemical Machining “), whereby a part (10b) is obtained whose said faces having undergone the finishing step have a second level surface condition with a second roughness value Rt2 that is smaller than the first roughness value Rt1. The invention relates to the manufacture of parts for watchmaking, in particular clasp parts for watch straps.
Description
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce métallique, une pièce obtenue par ce procédé et un article horloger comprenant une telle pièce. Dans bon nombre de cas, pour des mécanismes complexes, en particulier en micromécanique, et notamment mais pas seulement dans le domaine horloger, on doit réaliser un grand nombre de pièces avant de les assembler pour former un ensemble fonctionnel. Ceci est bien souvent dû à la complexité de forme de cet ensemble fonctionnel. The present invention relates to a method of manufacturing a metal part, a part obtained by this method and a horological article comprising such a part. In many cases, for complex mechanisms, in particular in micromechanics, and in particular but not only in the horological field, a large number of parts must be produced before assembling them to form a functional assembly. This is very often due to the complexity of the shape of this functional assembly.
[0002] Par exemple, mais de façon non limitative, un fermoir, tel qu'un fermoir déployant, de bracelet pour montre-bracelet, est un ensemble fonctionnel comportant une multitude de petites pièces, ce qui requiert de multiples étapes de fabrication, en général par usinage puis une finition, avant un montage minutieux. [0002] For example, but without limitation, a clasp, such as a folding clasp, for a bracelet for a wristwatch, is a functional assembly comprising a multitude of small parts, which requires multiple manufacturing steps, in generally by machining then finishing, before meticulous assembly.
[0003] Également, la fabrication d'une multitude de petites pièces devant être assemblées pour former un ensemble fonctionnel tel qu'un fermoir déployant, exige un bon respect des cotes de fabrication. A cela, vient s'ajouter le fait que certaines de ces petites pièces viennent en partie visible de l'ensemble fonctionnel. Il convient donc pour les zones visibles de ces pièces d'obtenir des surfaces de haute précision, et à l'aspect esthétique irréprochable. On sait qu'effectuer un ébavurage de manière efficace avec la réalisation d'une finition de bonne qualité exigent du temps et un savoir-faire avéré de la part du ou des opérateurs réalisant ces tâches. [0003] Also, the manufacture of a multitude of small parts to be assembled to form a functional assembly such as a folding clasp, requires good compliance with the manufacturing dimensions. Added to this is the fact that some of these small parts are partially visible from the functional assembly. It is therefore appropriate for the visible areas of these parts to obtain high precision surfaces, and with an irreproachable aesthetic appearance. It is known that performing deburring effectively with the achievement of a good quality finish requires time and proven know-how on the part of the operator(s) performing these tasks.
[0004] Cette situation entraîne des coûts de fabrication importants, et ce pour des résultats esthétiques souvent amoindris du fait de l'apparence de certaines pièces ou de certaines zones de pièces de l'ensemble fonctionnel. En effet, cet aspect esthétique de moindre niveau de certaines portions de l'ensemble fonctionnel peut être inhérent aux procédés de fabrication mis en oeuvre, et à l'impossibilité d'accéder à certaines zones de pièces lors des étapes de finition. [0004] This situation entails significant manufacturing costs, and this for aesthetic results that are often diminished due to the appearance of certain parts or certain zones of parts of the functional assembly. Indeed, this lower-level aesthetic aspect of certain portions of the functional assembly may be inherent to the manufacturing processes implemented, and to the impossibility of accessing certain zones of parts during the finishing steps.
Etat de la techniqueState of the art
[0005] La plupart des pièces métalliques pour l'horlogerie et des pièces de micromécaniques sont aujourd'hui fabriquées par usinage au moyen de centres d'usinage ayant jusqu'à 5 axes interpolés, par emboutissage, par découpe, par pliage, etc., [0005] Most metal parts for watchmaking and micromechanical parts are today manufactured by machining using machining centers having up to 5 interpolated axes, by stamping, by cutting, by bending, etc. ,
[0006] Interviennent ensuite des étapes de finition comme l'ébavurage, le roulage et le polissage, en particulier pour respecter les tolérances de cotes étroites. Si l'on souhaite disposer d'état de surface haut de gamme, intervient un travail minutieux, bien souvent artisanal et réalisé par un artisan hautement qualifié, par exemple les opérations de perlage, anglage, moulurage, polissage, satinage, microbillage ou dépôts PVD. Enfin interviennent des étapes d'assemblage, telles que rivetage, chassage, brasage, qui sont bien souvent des opérations complexes et délicates. [0006] Finishing steps such as deburring, rolling and polishing then take place, in particular to respect the narrow dimensional tolerances. If you want to have a top-of-the-range surface condition, meticulous work is involved, very often artisanal and carried out by a highly qualified craftsman, for example the operations of beading, chamfering, molding, polishing, satin-finishing, microblasting or PVD deposits. . Finally, there are assembly steps, such as riveting, driving in, brazing, which are very often complex and delicate operations.
Bref résumé de l'inventionBrief summary of the invention
[0007] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de pièces métalliques exempt des limitations des procédés connus. [0007] An object of the present invention is to provide a process for manufacturing metal parts free from the limitations of known processes.
[0008] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de pièces métalliques qui réduit le nombre d'opérations pour fabriquer un ensemble fonctionnel. Another object of the invention is to provide a method of manufacturing metal parts which reduces the number of operations to manufacture a functional assembly.
[0009] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de pièces métalliques permettant d'obtenir plus facilement des pièces métalliques monobloc de forme complexe. [0009] Another object of the invention is to provide a process for manufacturing metal parts making it easier to obtain one-piece metal parts of complex shape.
[0010] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de pièces métalliques permettant d'obtenir plus facilement des pièces métalliques avec une qualité de finition satisfaisante pour au moins une partie des faces de ladite pièce. Another object of the invention is to provide a method of manufacturing metal parts making it easier to obtain metal parts with a satisfactory quality of finish for at least part of the faces of said part.
[0011] Un autre but de l'invention est celui d'améliorer la répétitivité et la reproductibilité des opérations conduisant à l'obtention du produit fini. Another object of the invention is that of improving the repetitiveness and the reproducibility of the operations leading to the production of the finished product.
[0012] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un procédé de fabrication d'une pièce métallique comprenant les étapes suivantes : a) formation d'une ébauche par fabrication additive métallique selon une technique d'impression 3D métallique, ce par quoi on obtient une ébauche de la pièce présentant un état de surface de premier niveau avec une première valeur de rugosité Rt1 (ou respectivement Ra1), b) finition d'au moins certaines faces de l'ébauche par la technique d'enlèvement de matière par usinage électrochimique (ECM pour „Electro-Chemical Machining“), ce par quoi on obtient une pièce dont lesdites faces ayant subi l'étape de finition présentent un état de surface de deuxième niveau avec une deuxième valeur de rugosité Rt2 (ou respectivement Ra2) plus petite que la première valeur de rugosité Rt1 (ou respectivement Ra1).[0012] According to the invention, these objects are achieved in particular by means of a method for manufacturing a metal part comprising the following steps: a) forming a blank by metal additive manufacturing according to a metal 3D printing technique , whereby a blank of the part is obtained having a first level surface condition with a first roughness value Rt1 (or respectively Ra1), b) finishing of at least certain faces of the blank by the technique of material removal by electrochemical machining (ECM for "Electro-Chemical Machining"), whereby a part is obtained whose said faces having undergone the finishing step have a second level surface condition with a second roughness value Rt2 ( or respectively Ra2) smaller than the first roughness value Rt1 (or respectively Ra1).
[0013] Cette solution présente notamment l'avantage par rapport à l'art antérieur de bénéficier d'une faible usure d'outil et d'une précision de reproduction, et ce avec une qualité de surface élevée, pour des pièces pouvant présenter des formes complexes. [0013] This solution has the particular advantage over the prior art of benefiting from low tool wear and reproduction precision, and this with a high surface quality, for parts that may have complex shapes.
[0014] En effet, par l'étape a) de fabrication additive par une technique d'impression 3D métallique, il est possible d'obtenir une seule et unique pièce de forme complexe, sous forme d'ébauche, là ou précédemment par usinage il était nécessaire de réaliser plusieurs pièces séparées., par les techniques classiques d'usinage par machine-outil puis de les assembler par des procédés tels que le soudage, le brasage, le vissage, etc., [0014] Indeed, by step a) of additive manufacturing by a metal 3D printing technique, it is possible to obtain a single and unique part of complex shape, in the form of a blank, there or previously by machining it was necessary to produce several separate parts, by conventional machine tool machining techniques and then to assemble them by processes such as welding, brazing, screwing, etc.,
[0015] Avec l'étape b) de finition par usinage électrochimique, on améliore grandement l'état de surface de départ de l'ébauche, sur la face ou les faces de la pièce nécessitant une bonne qualité de surface, à savoir présentant une deuxième valeur de rugosité Rt2 ou Ra2 plus petite que la première valeur de rugosité Rt1 ou Ra1 obtenue à la sortie de l'étape a) d'impression 3D. [0015] With step b) of finishing by electrochemical machining, the initial surface condition of the blank is greatly improved, on the face or faces of the part requiring a good surface quality, namely having a second roughness value Rt2 or Ra2 smaller than the first roughness value Rt1 or Ra1 obtained at the output of step a) of 3D printing.
[0016] Dans le présent texte, on considère pour la rugosité, soit Ra, à savoir l'écart moyen arithmétique Ra, qui est la moyenne intégrale des écarts en valeur absolue sur la longueur (ligne) de base du profil de la surface considérée, soit Rt, à savoir la rugosité pic à pic, que l'on peut encore définir comme la rugosité maximum, correspondant à la somme de la distance de la ligne moyenne jusqu'au pic le plus élevé et la distance de la ligne moyenne jusqu'au fond le plus profond, pour toute la longueur d'évaluation. In the present text, we consider for the roughness, i.e. Ra, namely the arithmetic mean deviation Ra, which is the integral mean of the deviations in absolute value over the base length (line) of the profile of the surface considered , or Rt, namely the peak-to-peak roughness, which can still be defined as the maximum roughness, corresponding to the sum of the distance from the average line to the highest peak and the distance from the average line to 'at the deepest bottom, for the full length of evaluation.
[0017] Selon un mode de réalisation possible du procédé de fabrication, lors de l'étape b) de finition, on réalise une superfinition desdites faces de la pièce par la technique d'enlèvement de matière par usinage électrochimique de précision (PECM pour „Précision Electro finition - Chemical Machining“). According to a possible embodiment of the manufacturing process, during step b) of finishing, a superfinishing of said faces of the part is carried out by the technique of material removal by precision electrochemical machining (PECM for „ Precision Electrofinishing - Chemical Machining“).
[0018] Avec l'étape b) sous forme de super finition par usinage électrochimique de précision, on améliore encore davantage l'état de surface de départ de l'ébauche, sur la face ou les faces de la pièce nécessitant une excellente qualité de surface, à savoir présentant une rugosité Rt2 ou Ra2 très faible, de sorte qu'on obtient sur la ou les faces de la pièce ainsi traitées, une qualité de surface maximale. [0018] With step b) in the form of super finishing by precision electrochemical machining, the initial surface condition of the blank is further improved, on the face or faces of the part requiring an excellent quality of surface, namely having a very low roughness Rt2 or Ra2, so that on the side or sides of the part thus treated, a maximum surface quality is obtained.
[0019] Selon un mode de réalisation possible du procédé de fabrication, on réalise en outre, entre l'étape a) de formation d'une ébauche et l'étape b) de finition, une étape intermédiaire a1) de reprise par usinage par enlèvement de copeaux de l'ébauche. En effet, dans certains cas, pour réaliser certaines parties de la pièce avec des tolérances et/ou des états de surface amélioré(e)s par rapport à ceux de l'ébauche résultant de l'étape a) de fabrication additive métallique selon une technique par impression 3D métallique, Également, ou alternativement, dans certains cas, on a recours à cette étape intermédiaire a1) d'usinage pour réaliser certaines géométries de précision, tels que la formation de cavités ou d'ouvertures dans la pièce, telles que des fraisages, perçages et/ou taraudages. According to a possible embodiment of the manufacturing process, between step a) of forming a blank and step b) of finishing, an intermediate step a1) of recovery by machining by removal of chips from the blank. In fact, in some cases, to produce certain parts of the part with improved tolerances and/or surface conditions compared to those of the blank resulting from step a) of metal additive manufacturing according to a metal 3D printing technique, Also, or alternatively, in some cases, this intermediate step a1) of machining is used to produce certain precision geometries, such as the formation of cavities or openings in the part, such as milling, drilling and/or tapping.
[0020] La présente invention porte également sur une pièce résultant du procédé de fabrication décrit dans le présent texte. A titre d'exemple, une telle pièce appartient au groupe comprenant une pièce de mouvement horloger, une masse oscillante, un barillet, une roue dentée, une roue à pignon, une roue à colonnes, un balancier, une pièce d'échappement, une ancre, une platine, un axe, une tige, une pièce d'habillage horloger, une boîte, un cadran, une aiguille, une couronne, un maillon et une pièce de fermoir de bracelet. The present invention also relates to a part resulting from the manufacturing process described in this text. By way of example, such a part belongs to the group comprising a watch movement part, an oscillating weight, a barrel, a toothed wheel, a pinion wheel, a column wheel, a balance wheel, an escapement part, a pallet, a plate, an axle, a stem, a watchmaker's exterior part, a case, a dial, a hand, a crown, a link and a bracelet clasp part.
[0021] L'invention se rapporte en outre à un article horloger comportant au moins une pièce obtenue selon le procédé de fabrication décrit dans le présent texte. A titre d'exemple, ledit article appartient au groupe comprenant : un fermoir de bracelet, un fermoir de bracelet de montre-bracelet, un fermoir déployant, une montre-bracelet et un objet destiné à être porté au poignet. [0021] The invention also relates to a horological article comprising at least one part obtained according to the manufacturing process described in the present text. By way of example, said article belongs to the group comprising: a bracelet clasp, a wristwatch bracelet clasp, a folding clasp, a wristwatch and an object intended to be worn on the wrist.
Brève description des figuresBrief description of figures
[0022] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : La figure 1 illustre les étapes successives de plusieurs variantes d'un mode de réalisation du procédé de fabrication selon l'invention, La figure 2 illustre schématiquement l'amélioration de l'état de surface de la pièce obtenue selon le procédé de fabrication de l'invention, Les figures 3a, 3b et 3c montrent des exemples de pièces obtenues selon le procédé de l'invention, Les figures 4a et 4b montrent les différentes pièces constituant un exemple d'ensemble fonctionnel, respectivement obtenues par un procédé classique de fabrication et par un procédé de fabrication conforme à la présente invention, et La figure 5 illustre les étapes successives d'une autre variante d'un mode de réalisation du procédé de fabrication selon l'invention.Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which: Figure 1 illustrates the successive steps of several variants of an embodiment of the manufacturing method according to the invention, FIG. 2 schematically illustrates the improvement in the surface condition of the part obtained according to the manufacturing method of the invention, Figures 3a, 3b and 3c show examples of parts obtained according to the method of the invention, FIGS. 4a and 4b show the various parts constituting an example of a functional assembly, respectively obtained by a conventional manufacturing process and by a manufacturing process in accordance with the present invention, and FIG. 5 illustrates the successive steps of another variant of an embodiment of the manufacturing method according to the invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'inventionExample(s) of embodiment of the invention
[0023] On se rapporte à la figure 1 représentant les différentes étapes de différentes variantes du procédé de fabrication d'une pièce selon la présente invention. We refer to Figure 1 showing the different steps of different variants of the method of manufacturing a part according to the present invention.
[0024] Selon une première étape a), (à gauche sur la figure 1, étape 100a), on commence par le formage d'une ébauche 10a par une technique de fabrication additives métallique. On connaît différents procédés de fabrication additives métalliques, notamment des techniques d'impression 3D métallique tels que les techniques de fusion sur lit de poudre que l'on peut utiliser dans le cadre de la présente invention. According to a first step a), (left in Figure 1, step 100a), one begins by forming a blank 10a by a metal additive manufacturing technique. Various metal additive manufacturing processes are known, in particular metal 3D printing techniques such as powder bed fusion techniques which can be used in the context of the present invention.
[0025] Selon une possibilité rentrant dans le cadre de la présente invention, la technique d'impression 3D métallique est une technique de fusion sur lit de poudre, telle que la fusion sélective par laser (SLM pour „selective laser melting.“) ou le frittage laser direct des métaux (DMLS pour „Direct Métal Laser Sintering“, le frittage sélectif au laser (SLS pour „Selected Laser Sintering“), une technique de déposition d'énergie dirigée (DED pour „Directed Energy Déposition“), une technique de dépôt de fil fondu (FDM pour „Fused Déposition Modelling“) ou une technique de dépôt de métal par laser (LMD pour „Laser Métal Déposition“). According to one possibility within the scope of the present invention, the metal 3D printing technique is a powder bed fusion technique, such as selective laser melting (SLM for "selective laser melting.") or direct laser sintering of metals (DMLS for “Direct Metal Laser Sintering“, selective laser sintering (SLS for “Selected Laser Sintering“), a directed energy deposition technique (DED for “Directed Energy Deposition“), a molten wire deposition technique (FDM for „Fused Deposition Modelling“) or a metal deposition technique by laser (LMD for „Laser Metal Deposition“).
[0026] Notamment, par cette technique d'impression 3D métallique, on obtient une ébauche 10a qui présente une rugosité de surface pic-à-pic Rt1. A ce sujet, la figure 2 représente un exemple de surface S d'une ébauche 10a obtenue par une technique d'impression 3D métallique, avec une cote cible C1 et une rugosité Rt1. On obtient par exemple une précision sur C1 de l'ordre de ±3σ1 = ±40µm et des rugosités de surface pic-à-pic Rt1 de l'ordre d'environ 40 µm. De manière générale, la rugosité Rt1 obtenue par une technique d'impression 3D métallique lors de l'étape a) (que l'on appelle dorénavant première valeur de rugosité Rt1), est comprise entre 30 et 60 µm, voire entre 35 et 50 µm, voire entre 35 et 45 µm. In particular, by this metallic 3D printing technique, a blank 10a is obtained which has a peak-to-peak surface roughness Rt1. On this subject, FIG. 2 represents an example of surface S of a blank 10a obtained by a metallic 3D printing technique, with a target dimension C1 and a roughness Rt1. One obtains for example a precision on C1 of the order of ±3σ1=±40 μm and peak-to-peak surface roughnesses Rt1 of the order of about 40 μm. In general, the roughness Rt1 obtained by a metal 3D printing technique during step a) (which is henceforth called the first roughness value Rt1), is between 30 and 60 μm, or even between 35 and 50 µm, even between 35 and 45 µm.
[0027] La technologie d'impression 3D métallique est par exemple la technologie de fusion laser sur lit de poudre qui permet grâce à l'utilisation de poudre et d'un spot laser de faible diamètre de réaliser des pièces qui allient précision, qualité de surface, santé matière et niveau faible de contraintes internes. [0027] Metal 3D printing technology is, for example, laser fusion technology on a powder bed which, thanks to the use of powder and a small-diameter laser spot, makes it possible to produce parts which combine precision, quality of surface, material health and low level of internal stresses.
[0028] Il peut s'agir de la fusion sélective par laser (SLM pour „selective laser melting“) : on forme l'ébauche de la pièce métallique à l'aide de lasers de haute puissance, faisant fusionner progressivement et localement, c'est-à-dire de façon sélective, une poudre métallique dans une atmosphère contrôlée. Ainsi, l'ébauche 10a de la pièce est créée par addition en agglutinant des particules de poudre métallique, couche par couche, par un procédé de fusion totale des particules fines par laser. [0028] This may be selective laser melting (SLM for "selective laser melting"): the blank of the metal part is formed using high-power lasers, causing the metal to merge gradually and locally, c ie selectively, metal powder in a controlled atmosphere. Thus, the blank 10a of the part is created by addition by agglutinating metal powder particles, layer by layer, by a process of total melting of the fine particles by laser.
[0029] Il peut également s'agir de la technologie de fabrication additive de frittage laser direct de métal, traduction de Direct Métal Laser Sintering (DMLS). Dans ce cas, il s'agit d'une technique dans laquelle une énergie thermique (laser ou faisceau d'électrons) est utilisée pour fritter ou fusionner, couche par couche, des particules bien déterminées d'un lit de poudre. Ce procédé de fabrication additive formé du frittage laser direct des métaux (ou DMLS) permet une grande précision d'impression. Il est donc adapté à la fabrication de pièces à géométries et structures complexes, avec des parois fines et des vides ou canaux cachés, mais également pour la conception de très petits objets. It may also be direct metal laser sintering additive manufacturing technology, translation of Direct Metal Laser Sintering (DMLS). In this case, it is a technique in which thermal energy (laser or electron beam) is used to sinter or fuse, layer by layer, well-defined particles of a powder bed. This additive manufacturing process formed by the direct laser sintering of metals (or DMLS) allows high printing precision. It is therefore suitable for the manufacture of parts with complex geometries and structures, with thin walls and hidden voids or channels, but also for the design of very small objects.
[0030] On peut aussi utiliser la technologie de déposition dirigée (DED pour „Directed Energy Déposition“) qui est un procédé de fabrication additive où l'énergie est utilisée pour faire fondre les matériaux au fur et à mesure qu'ils sont déposés. Ce procédé de déposition d'énergie dirigée (DED) est un procédé dans lequel le matériau est directement déposé et fusionné à une pièce métal grâce à un flux d'énergie dirigée (faisceau laser, arc électrique, arc plasma transféré ou autre). La matière première peut être sous forme de poudre ou de fil. Le procédé est réalisé dans une machine, où un actionneur déplace la pièce et/ou le système de dépôt de matériel. Une géométrie et un matériau sont générés, couche après couche. La technologie de déposition dirigée permet de produire des structures 3D complexes, sans aucun support. Directed Energy Deposition (DED) technology can also be used, which is an additive manufacturing process in which energy is used to melt the materials as they are deposited. This directed energy deposition (DED) process is a process in which the material is directly deposited and fused to a metal part thanks to a flow of directed energy (laser beam, electric arc, transferred plasma arc or other). The raw material can be in the form of powder or wire. The process is performed in a machine, where an actuator moves the part and/or the material deposition system. Geometry and material are generated, layer by layer. Directed deposition technology makes it possible to produce complex 3D structures, without any support.
[0031] On peut aussi utiliser les technologies de dépôt de fil fondu (FDM pour „Fused Déposition Modelling“) ou dépôt de métal par laser (LMD pour „Laser Métal Déposition“) qui possèdent des principes semblables aux exemples précités. It is also possible to use fused wire deposition technologies (FDM for “Fused Deposition Modeling”) or metal deposition by laser (LMD for “Laser Metal Deposition”) which have principles similar to the aforementioned examples.
[0032] L'ébauche 10a est ensuite (deuxième étape depuis la gauche sur la figure 1) traitée lors d'une reprise par usinage : il s'agit d'un usinage de précision par enlèvement de copeaux pour former une pièce 10a1 à l'issue de cette étape 100a1. Dans l'exemple illustré, un outil 21 réalise un perçage. Selon d'autres possibilités, lors de l'étape intermédiaire a1) de reprise par usinage de l'ébauche, on réalise au moins l'une des opérations suivantes : une opération de fraisage, une opération de perçage, et une opération de taraudage. Cette étape de reprise d'usinage peut également comprendre l'usinage de certaines faces de l'ébauche 10a pour se rapprocher davantage de la cote cible de la pièce finie désirée, à savoir pour amener certaines parties de la pièce dans une tolérance et un état de surface améliorés par rapport à ceux de l'ébauche 10a résultant de l'étape a) d'impression 3D. [0032] The blank 10a is then (second step from the left in Figure 1) processed during a recovery by machining: it is precision machining by chip removal to form a part 10a1 at the outcome of this step 100a1. In the example illustrated, a tool 21 makes a hole. According to other possibilities, during the intermediate step a1) of machining the blank, at least one of the following operations is carried out: a milling operation, a drilling operation, and a tapping operation. This re-machining step can also include the machining of certain faces of the blank 10a to come closer to the target dimension of the desired finished part, namely to bring certain parts of the part into a tolerance and a state improved surface compared to those of the blank 10a resulting from step a) 3D printing.
[0033] Cette étape 100a1 de reprise d'usinage de l'ébauche 10a est optionnelle, et n'a pas lieu selon une variante de réalisation du procédé de l'invention dans laquelle on passe de l'étape a) de formage par impression 3D à l'étape b) de finition qui va maintenant être décrite. This step 100a1 of resuming machining of the blank 10a is optional, and does not take place according to a variant embodiment of the method of the invention in which step a) of forming by printing 3D in step b) of finishing which will now be described.
[0034] L'ébauche 10a (ou la pièce 10a1 si une étape 100a1 de reprise d'usinage de l'ébauche 10a a eu lieu) est ensuite (troisième étape depuis la gauche sur la figure 1) soumise à une étape b) de finition par usinage électrochimique (ECM pour „Electro-Chemical Machining“ ou PECM pour „Précision Electro-Chemical Machining“). L'usinage électrochimique (ECM pour „Electro Chemical Machining“), encore appelé enlèvement de matière par usinage électrochimique (UEC), est une méthode qui permet de finir les surfaces de la pièce à l'aide de la dissolution anodique du métal. Cette méthode permet l'usinage de matériaux conducteurs de l'électricité quels que soient leurs états de traitement, en usinage surfacique et en ébavurage de trous difficilement accessibles. L'outil est l'électrode 22 formant la cathode (-) qui agit sous courant continu et en présence d'un fluide électrolytique pour créer la réaction anodique qui enlève le matériau de surface de la pièce 10b formant l'anode (+) de manière précise. Ainsi, dans l'usinage électrolytique, le métal est enlevé sans contact direct entre l'outil et la pièce usinée. La machine électrolytique utilise un courant électrique contrôlé, tandis qu'une solution d'électrolyte conductrice appropriée circule entre l'outil 22 (cathode-) et la pièce usinée 10b (anode +). L'échange de charges entre les pôles conduit à l'enlèvement de matière, atome par atome, sur des zones définies avec précision. On comprend que le profil de l'outil 22 constitue un négatif de la face de la pièce traitée par usinage électrochimique. Cette étape b) (100a1) permet d'usiner rapidement et précisément les faces ainsi traitées avec une tolérance conforme à ou proche de la tolérance finale souhaitée. Cette technique permet notamment de traiter les défauts de précision et la rugosité tant sur des faces extérieures de la pièce que sur des faces internes comme des faces internes de la pièce résultat de perçage, taraudage ou fraisage, résultant ou non de l'étape 100a1. The blank 10a (or the part 10a1 if a step 100a1 of resuming machining of the blank 10a has taken place) is then (third step from the left in FIG. 1) subjected to a step b) of finishing by electrochemical machining (ECM for „Electro-Chemical Machining“ or PECM for „Precision Electro-Chemical Machining“). Electrochemical machining (ECM for „Electro Chemical Machining“), also called material removal by electrochemical machining (UEC), is a method which makes it possible to finish the surfaces of the part using the anodic dissolution of the metal. This method allows the machining of electrically conductive materials whatever their state of treatment, in surface machining and in deburring of holes that are difficult to access. The tool is the electrode 22 forming the cathode (-) which acts under direct current and in the presence of an electrolytic fluid to create the anodic reaction which removes the surface material of the part 10b forming the anode (+) of precise way. Thus, in electrolytic machining, the metal is removed without direct contact between the tool and the workpiece. The electrolytic machine uses a controlled electric current, while a suitable conductive electrolyte solution circulates between the tool 22 (cathode-) and the workpiece 10b (anode +). The exchange of charges between the poles leads to the removal of matter, atom by atom, on precisely defined zones. It is understood that the profile of the tool 22 constitutes a negative of the face of the part treated by electrochemical machining. This step b) (100a1) makes it possible to quickly and precisely machine the faces thus treated with a tolerance conforming to or close to the desired final tolerance. This technique makes it possible in particular to process the precision defects and the roughness both on the exterior faces of the part and on the internal faces such as the internal faces of the part resulting from drilling, tapping or milling, resulting or not from step 100a1.
[0035] Notamment, par cette technique de finition par usinage électrochimique, on obtient une pièce 10b qui présente une rugosité de surface pic-à-pic Rt2 dans les faces traitées lors de cette étape b) de finition. A ce sujet, la figure 2 représente également un exemple de cote cible C2 et une rugosité de surface pic-à-pic Rt2 visées à l'issue de cette étape b) de finition par usinage électrochimique. On obtient par exemple une précision sur C2, nommée ±3σ2 de l'ordre de ±5µm et des rugosités de surface Rt2 de l'ordre d'environ 50nm. De manière générale, la rugosité obtenue par une technique d'usinage électrochimique (ECM ou PECM) lors de l'étape b) (que l'on appelle dorénavant deuxième valeur de rugosité Rt2), est comprise entre 0.05 et 2 µm. De manière possible, on atteint une rugosité Rt2 qui est de l'ordre de 0.125 µm à 0.25 µm avec une rugosité Ra2 qui est de l'ordre de 0.025 à 0.05 µm (on peut considérer que Rt est environ égal à 5x Ra). Ainsi, cette deuxième valeur de rugosité Rt2 est bien inférieure à la première valeur de rugosité Rt1. A noter qu'en général, C1 = C2 + 6σ1 + Rt1, à savoir que la cote cible pour l'étape a) d'impression 3D est égale à la cote cible C2 pour l'étape b) de finition plus deux fois la tolérance de fabrication de l'étape a) d'impression 3D et la rugosité pic à pic obtenue par cette étape a) d'impression 3D. In particular, by this finishing technique by electrochemical machining, a part 10b is obtained which has a peak-to-peak surface roughness Rt2 in the faces treated during this finishing step b). On this subject, FIG. 2 also represents an example of target dimension C2 and a peak-to-peak surface roughness Rt2 targeted at the end of this step b) of finishing by electrochemical machining. One obtains for example a precision on C2, called ±3σ2 of the order of ±5 μm and surface roughnesses Rt2 of the order of about 50 nm. In general, the roughness obtained by an electrochemical machining technique (ECM or PECM) during step b) (which is henceforth called second roughness value Rt2), is between 0.05 and 2 μm. It is possible to achieve a roughness Rt2 which is of the order of 0.125 μm to 0.25 μm with a roughness Ra2 which is of the order of 0.025 to 0.05 μm (it can be considered that Rt is approximately equal to 5x Ra). Thus, this second roughness value Rt2 is much lower than the first roughness value Rt1. Note that in general, C1 = C2 + 6σ1 + Rt1, i.e. the target dimension for step a) 3D printing is equal to the target dimension C2 for step b) finishing plus twice the manufacturing tolerance of step a) 3D printing and the peak-to-peak roughness obtained by this step a) 3D printing.
[0036] Lors de l'étape b) de finition, on utilise de préférence l'usinage électrochimique de précision PECM qui présente notamment une minimisation de l'espace inter électrode entre l'électrode 22 formant l'outil (cathode -) et la pièce usinée 10b (ou 1c) (anode +)., à travers duquel circule la solution d'électrolyte et l'échange de l'électrolyte lui-même. En effet, de préférence, dans le cas du procédé PECM, l'espace inter électrode est varié de façon sinusoïdale et le courant est pulsé de manière avantageuse avec cette variation spatiale. Ainsi, l'usinage électrochimique de précision PECM assure un enlèvement particulièrement efficient et précis de la matière. Avec cette étape b) de superfinition par usinage électrochimique de précision PECM, il est possible d'obtenir un état de surface de la pièce 10c équivalent à du polissage fin. Par exemple, cette étape b) de superfinition par usinage électrochimique de précision PECM permet d'obtenir une surface miroir par enlèvement sélectif de matière de la face ainsi traitée, telle que par exemple une surface en acier. During step b) of finishing, precision electrochemical machining PECM is preferably used, which in particular has a minimization of the inter-electrode space between the electrode 22 forming the tool (cathode -) and the machined part 10b (or 1c) (anode +)., through which the electrolyte solution flows and the exchange of the electrolyte itself. Indeed, preferably, in the case of the PECM method, the inter-electrode space is varied in a sinusoidal manner and the current is pulsed advantageously with this spatial variation. Thus, PECM precision electrochemical machining ensures particularly efficient and precise material removal. With this step b) of superfinishing by electrochemical precision machining PECM, it is possible to obtain a surface state of the part 10c equivalent to fine polishing. For example, this step b) of superfinishing by electrochemical precision machining PECM makes it possible to obtain a mirror surface by selective removal of material from the face thus treated, such as for example a steel surface.
[0037] Ainsi, que ce soit la technique ECM ou la technique PECM, un échange de charges entre la cathode et la pièce à usiner polarisée anodiquement s'opère dans une solution électrolytique aqueuse et c'est cet échange de charge qui génère l'usinage de la pièce. Le matériau enlevé durant le processus se sépare de la solution électrolytique sous forme d'hydroxyde de métal. L'usinage se fait indépendamment de la microstructure du métal. La possibilité existe d'usiner des matériaux trempés ou non. Les composants de l'installation, y compris la pièce, ne subissent aucune contrainte thermique ou mécanique. Thus, whether it is the ECM technique or the PECM technique, a charge exchange between the cathode and the anodically polarized workpiece takes place in an aqueous electrolytic solution and it is this charge exchange which generates the machining of the part. The material removed during the process separates from the electrolyte solution as metal hydroxide. The machining is done independently of the microstructure of the metal. The possibility exists to machine materials hardened or not. The components of the installation, including the part, are not subjected to any thermal or mechanical stress.
[0038] A noter que l'électrolyte peut être : une solution NaCl (toutes concentrations, une solution NaNO3 (toutes concentrations), une solution HCI (toutes concentrations), une solution HF (toutes concentrations), une solution H2SO4 (toutes concentrations), une solution acide citrique (toutes concentrations) ET toute combination entre ces solutions. Note that the electrolyte can be: an NaCl solution (all concentrations, an NaNO3 solution (all concentrations), an HCl solution (all concentrations), an HF solution (all concentrations), an H2SO4 solution (all concentrations) , a citric acid solution (all concentrations) AND any combination of these solutions.
[0039] De façon optionnelle, cette étape d'usinage électrochimique de précision (PECM) formant une étape b) de super finition, est suivie d'une étape d) de traitement d'au moins une zone de la pièce pour modifier l'aspect de ladite zone (étape c) supplémentaire représentée sur la figure 5 comme étant réalisée par un outil 21). Par exemple, cette étape c) de traitement comprend l'une au moins des techniques suivantes : le polissage à la main : Le polissage s'effectue à la main et à la volée, c'est-à-dire sans appui, en utilisant des disques de différentes tailles, recouverts de pâte abrasive. Cette technique très difficile permet d'obtenir une surface douce et brillante. Ce travail méticuleux peut prendre plusieurs heures par pièce, voire davantage; le satinage : dans d'autres industries on appelle ce processus brossage. En horlogerie, l'exécution étant bien plus fine, on parle de satinage. Cette technique consiste à napper une surface métallique d'un ensemble de rayures extrêmement fines et parallèles. On obtient une finition douce et soyeuse ainsi que des nuances de couleur subtiles qui mettent en valeur le design et les volumes de la pièce; Le microbillage :le microbillage est une technique de finition au rendu granuleux. Il consiste à bombarder la surface du boîtier avec des petites billes de métal, chacune laissant des micro-creux qui, par leur nombre et leur densité, apparaissent réguliers. Il confère à la pièce un aspect mat qui étouffe la lumière; Le sablage :le sablage est identique au microbillage mais avec des grains de sable. Cette finition apparaît comme qui permet d'obtenir une surface plus veloutée; Le traitement PVD (Physical Vapor Déposition) est un procédé qui permet de déposer un mince film de matière sur une pièce, par vaporisation sous vide. Par ce traitement de surface, on peut obtenir des boîtiers „teintées“ en or rose, en or jaune ou encore en noir pour un prix abordable. C'est cette technique que l'on utilise pour appliquer le DLC (Diamond Like Carbon), revêtement de couleur gris foncé à noir possédant des propriétés de dureté et de résistance aux rayures tout à fait exceptionnelles) ; et les texturations par Laser comme les gravures par laser femtoseconde, les colorations par oxydation, le Deep Black, le perlage, ...[0039] Optionally, this precision electrochemical machining step (PECM) forming a step b) of super finishing, is followed by a step d) of treatment of at least one zone of the part to modify the appearance of said additional zone (step c) represented in FIG. 5 as being produced by a tool 21). For example, this processing step c) comprises at least one of the following techniques: hand polishing: Polishing is done by hand and on the fly, that is to say without support, using discs of different sizes, covered with abrasive paste. This very difficult technique makes it possible to obtain a soft and shiny surface. This meticulous work can take several hours per piece, or even more; satin finishing: in other industries this process is called brushing. In watchmaking, the execution being much finer, we speak of satin finishing. This technique consists of coating a metal surface with a set of extremely fine, parallel stripes. We obtain a soft and silky finish as well as subtle shades of color that highlight the design and the volumes of the piece; Micro-blasting: micro-blasting is a finishing technique with a grainy finish. It consists of bombarding the surface of the case with small metal balls, each leaving micro-hollows which, by their number and density, appear regular. It gives the room a matte look that smothers the light; Sandblasting: sandblasting is identical to microblasting but with grains of sand. This finish appears to achieve a more velvety surface; PVD treatment (Physical Vapor Deposition) is a process that allows a thin film of material to be deposited on a part, by vacuum vaporization. By this surface treatment, it is possible to obtain “tinted” cases in pink gold, yellow gold or even black for an affordable price. It is this technique that is used to apply DLC (Diamond Like Carbon), a dark gray to black coating with exceptional hardness and scratch resistance properties); and Laser texturing such as femtosecond laser engraving, oxidation coloring, Deep Black, beading, ...
[0040] Le procédé selon la présente invention permet notamment de fabriquer une pièce présentant au moins un ajour traversant toute l'épaisseur de la pièce. Des exemples de telles pièces avec ajour(s) sont illustrés sur les figures 3a, 3b et 3c, avec pour le cas de la figure 3a une pièce plate dont la bande centrale est ajourée de multiples ouvertures traversantes formant entre elles un motif qui présente un rôle esthétique. The method according to the present invention makes it possible in particular to manufacture a part having at least one opening passing through the entire thickness of the part. Examples of such parts with opening(s) are illustrated in Figures 3a, 3b and 3c, with for the case of Figure 3a a flat part whose central band is perforated with multiple through openings forming between them a pattern which has a aesthetic role.
[0041] Selon une possibilité non limitative, l'ébauche métallique 10a (et donc la pièce 10b) est dans l'un des matériaux suivants : acier, acier inoxydable, acier austénitique inoxydable (par exemple un acier 316L, 904L ou autre), acier maraging (pour „martensitic ageing“, c'est-à-dire avec maturation de la martensite), un métal précieux, en particulier en or ou en platine, ou un alliage de l'un de ces métaux. According to a non-limiting possibility, the metal blank 10a (and therefore the part 10b) is in one of the following materials: steel, stainless steel, austenitic stainless steel (for example a 316L, 904L or other steel), maraging steel (for „martensitic aging“, that is to say with maturing of the martensite), a precious metal, in particular gold or platinum, or an alloy of one of these metals.
[0042] On comprend que le procédé selon l'invention permet de fabriquer des pièces complexes de façon monobloc, alors que précédemment il était nécessaire de fabriquer précisément plusieurs pièces, bien souvent de toute petite taille, et de les assembler pour former une pièce équivalente. Pour illustrer la situation, on se reporte aux figures 4a et 4b montrent les différentes pièces constituant un exemple d'ensemble fonctionnel sous la forme d'un fermoir de bracelet de montre, respectivement obtenues par un procédé classique de fabrication (figure 4a) et par un procédé de fabrication conforme à la présente invention (figure 4b). On voit ainsi que procédé de fabrication selon l'invention permet de réduire de façon significative le nombre de pièces requises pour la fabrication d'un fermoir horloger. Le procédé de fabrication selon l'invention permet également de réduire de façon significative la complexité de la plupart des pièces individuelles d'un fermoir. It is understood that the method according to the invention makes it possible to manufacture complex parts in a single piece, whereas previously it was necessary to precisely manufacture several parts, very often of very small size, and to assemble them to form an equivalent part. . To illustrate the situation, reference is made to Figures 4a and 4b show the various parts constituting an example of a functional assembly in the form of a watch strap clasp, respectively obtained by a conventional manufacturing process (Figure 4a) and by a manufacturing method according to the present invention (FIG. 4b). It can thus be seen that the manufacturing method according to the invention makes it possible to significantly reduce the number of parts required for the manufacture of a watch clasp. The manufacturing method according to the invention also makes it possible to significantly reduce the complexity of most of the individual parts of a clasp.
[0043] On comprend que le procédé selon l'invention permet de régler et optimiser les performances mécaniques de chaque pièce, composant ou sous ensemble obtenu. En effet, le procédé permet d'obtenir des pièces complexes avec des rigidités et duretés données. Il est ensuite possible de régler et optimiser ces caractéristiques par des processus thermiques globaux ou locaux. De façon préférentielle, non exclusive, on optimisera les rigidités et les duretés. Pour ce faire, selon une variante (non représentée sur les figures) des procédés précédemment décrits, on réalise en outre au moins un traitement énergétique de la pièce 10b, ledit traitement énergétique appartenant au groupe comprenant un traitement thermique, un traitement lumineux, un traitement par laser, un traitement par faisceau d'électrons. It is understood that the method according to the invention makes it possible to adjust and optimize the mechanical performance of each part, component or subassembly obtained. Indeed, the process makes it possible to obtain complex parts with given rigidities and hardnesses. It is then possible to adjust and optimize these characteristics by global or local thermal processes. Preferably, not exclusively, the rigidities and the hardnesses will be optimized. To do this, according to a variant (not shown in the figures) of the methods described above, at least one energy treatment is also carried out on the part 10b, said energy treatment belonging to the group comprising heat treatment, light treatment, by laser, electron beam treatment.
[0044] L'invention porte également sur un support de données informatique comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par une imprimante 3D, permettent à ladite imprimante 3D de réaliser une ébauche 10a selon l'un des procédés de fabrication décrits dans le présent texte. [0044] The invention also relates to a computer data medium comprising instructions which, when executed by a 3D printer, allow said 3D printer to produce a blank 10a according to one of the manufacturing methods described in the this text.
[0045] L'invention porte également sur un support de données informatique comprenant des données destinées à la fabrication additive d'une ébauche 10a d'une pièce, lesdites données représentant la forme d'une ébauche, qui est déterminée en tenant compte de l'enlèvement de matière résultant d'une étape de finition d'au moins certaines faces de l'ébauche par la technique d'enlèvement de matière par usinage électrochimique (ECM pour „Electro-Chemical Machining“). The invention also relates to a computer data carrier comprising data intended for the additive manufacturing of a blank 10a of a part, said data representing the shape of a blank, which is determined taking into account the removal of material resulting from a step of finishing at least certain faces of the blank by the technique of material removal by electrochemical machining (ECM for "Electro-Chemical Machining").
Signes de référence employés sur les figuresReference signs used in the figures
[0046] Rt1 Première valeur de rugosité pic à pic (correspond à Ra1) Rt2 Deuxième valeur de rugosité pic à pic (correspond à Ra2) C1 Cote cible de l'étape a) de formage de l'ébauche par impression 3D C2 Cote cible de l'étape a) de finition de la pièce par usinage électrochimique 3σ1 Tolérance sur C1 3σ2 Tolérance sur C2 S Surface de l'ébauche 10a Ebauche 10a1 Pièce après reprise d'usinage 10b Pièce après finition par ECM ou PECM 21 Outil 22 Electrode Rt1 First peak-to-peak roughness value (corresponds to Ra1) Rt2 Second peak-to-peak roughness value (corresponds to Ra2) C1 Target dimension of step a) of forming the blank by 3D printing C2 Target dimension of step a) for finishing the part by electrochemical machining 3σ1 Tolerance on C1 3σ2 Tolerance on C2 S Surface of the blank 10a Blank 10a1 Part after re-machining 10b Part after finishing by ECM or PECM 21 Tool 22 Electrode
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