FR3095149A1 - Process for obtaining an electrode for spark erosion - Google Patents

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Abstract

Procédé de fabrication d’électrode pour usinage par électro -érosion par enfonçage consistant à produire une pièce par les techniques de fabrication additives de matériau à base de polymère ou de céramique (1) et à la recouvrir d’un revêtement (2) apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.A method of manufacturing an electrode for die-sinking EDM machining consisting of producing a part by additive manufacturing techniques of a material based on polymer or ceramic (1) and covering it with a coating (2) suitable for allow the use of the electrode thus obtained for die-sinking spark erosion.

Description

Procédé d’obtention d’électrode pour électro- érosionProcess for obtaining an electrode for electro-erosion

Domaine technique de l’invention : La présente invention concerne un procédé permettant d’obtenir des électrodes pour l’usinage par électro- érosion par enfonçage, sans usinage desdites électrodes, ou avec très peu d’usinage. Il permet également la copie d’électrode existante ou la fabrication d’électrode à partir d’un modèle, sans usinage, ou avec très peu d’usinage.Technical field of the invention: The present invention relates to a process making it possible to obtain electrodes for machining by spark erosion by sinking, without machining said electrodes, or with very little machining. It also allows the copying of an existing electrode or the manufacture of an electrode from a model, without machining, or with very little machining.

Etat de la technique: Les électrodes utilisées pour l’usinage par électro- érosion sont fabriquées à partir d’un bloc d’alliage de Cuivre, par enlèvement de matière sur des machines automatisées très coûteuses dont la programmation est longue et délicate.State of the art: The electrodes used for electro-erosion machining are made from a block of copper alloy, by removing material on very expensive automated machines whose programming is long and delicate.

Le prix des électrodes usinées est très élevé, en particulier quand elles ont des formes géométriques complexes. De plus, le procédé actuel génère une importante proportion de déchet de Cuivre.The price of machined electrodes is very high, especially when they have complex geometric shapes. In addition, the current process generates a large proportion of copper waste.

Problème technique à résoudre : La présente invention a pour objet un procédé de fabrication des électrodes à partir d’un fichier de définition, qui utilise les techniques de fabrication additive de matériau à base de polymère ou de céramique, ne nécessitant pas, ou que très peu d’usinage par enlèvement de matière.Technical problem to be solved: The subject of the present invention is a process for manufacturing electrodes from a definition file, which uses additive manufacturing techniques for polymer or ceramic-based material, not requiring, or only very little machining by material removal.

Description détaillée de l’invention revendiquée :Detailed description of the claimed invention:

La présente invention consiste en un procédé de fabrication d’électrode en deux étapes :The present invention consists of a two-step electrode manufacturing process:

La première étape consiste à fabriquer la forme (1) de l’électrode à partir d’un fichier de définition par fabrication additive de matériau conducteur non entièrement métallique, comme un polymère rendu conducteur par l’ajout de charge adaptée .The first step is to manufacture the shape (1) of the electrode from a definition file by additive manufacturing of conductive material that is not entirely metallic, such as a polymer made conductive by the addition of a suitable charge .

De tels techniques et matériaux sont bien connus des experts dans le domaine. Il pourra, par exemple s’agir de frittage par laser de poudre d’ABS chargée en Graphite, ou d’impression 3 D de PLA chargé Cuivre, ou toute autre technique de fabrication additive à partir d’un matériau conducteur non entièrement métallique, comme par exemple l’extrusion, la modélisation à jet multiple ou le procédé à lit de poudre et tête d’impression .Such techniques and materials are well known to those skilled in the art. It may, for example, be laser sintering of ABS powder loaded with Graphite, or 3D printing of PLA loaded with copper, or any other additive manufacturing technique from a non-fully metallic conductive material, such as extrusion, multi-jet modeling or the powder bed and printhead process.

La deuxième étape consiste à revêtir tout ou partie de la forme (1) obtenue par un dépôt de Cuivre (2), d’alliage de Cuivre ou autre revêtement apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage , comme, par exemple, un autre métal que le Cuivre ou autre alliage qu’un alliage de Cuivre, ou bien encore du Graphite ou un mélange à base de Graphite . Les techniques de revêtement sont bien connues des experts dans le domaine. Il pourra par exemple s’agir de dépôt électrolytique, ou tout autre technique, comme la pulvérisation cathodique, par exemple.The second step consists in coating all or part of the shape (1) obtained by a deposit of copper (2), copper alloy or other coating capable of allowing the use of the electrode thus obtained for the electro- sinking erosion , such as, for example, a metal other than copper or another alloy than a copper alloy, or even graphite or a mixture based on graphite. Coating techniques are well known to those skilled in the art. It may for example be electrolytic deposition, or any other technique, such as sputtering, for example.

Il est également possible d’utiliser un polymère non conducteur, mais cela nécessitera la préparation des surfaces avant dépôt galvanique du revêtement ou le recours à la technique de projection cathodique, par exemple, ou bien le dépôt par réaction chimique d’une fine couche de métal servant de support conducteur au dépôt électrolytique.It is also possible to use a non-conductive polymer, but this will require the preparation of the surfaces before galvanic deposition of the coating or the use of the cathodic spraying technique, for example, or the deposition by chemical reaction of a thin layer of metal serving as a conductive support for electrolytic deposition.

De même, le matériau pour la fabrication additive pourra être un matériau à base de céramique, conducteur ou pas.Similarly, the material for additive manufacturing may be a ceramic-based material, conductive or not.

La technique de fabrication additive choisie par l’homme de métier pourra être l’une des techniques de fusion de lit de poudre, ou bien une technique basée sur le dépôt de matière fondue, ou une technique basée sur le jet de liant ou de matériau ou encore, par exemple, une techniques de polymérisation en cuve, comme la stéréolithographie, par exemple.The additive manufacturing technique chosen by the person skilled in the art may be one of the powder bed fusion techniques, or else a technique based on the deposition of molten material, or a technique based on the jetting of binder or material or again, for example, a tank polymerization technique, such as stereolithography, for example.

En utilisant un scanner 3D, il est facile de générer un fichier de définition à partir d’un modèle existant. Cela permet d’obtenir une électrode à partir d’un modèle ou d’une maquette.By using a 3D scanner, it is easy to generate a definition file from an existing model. This makes it possible to obtain an electrode from a model or a mock-up.

Avantages de l’invention : L’invention présente ces avantages qu’elle permet d’obtenir une électrode pour électro- érosion par enfonçage à partir d’un fichier de définition en utilisant des techniques et équipements beaucoup moins couteux que les machines numériques d’usinage par enlèvement de matière utilisées actuellement.Advantages of the invention: The invention has these advantages that it makes it possible to obtain an electrode for spark erosion by sinking from a definition file using techniques and equipment much less expensive than the digital machines of machining by material removal currently used.

Le procédé de fabrication est en comparaison avec les procédés de fabrication d'électrodes connues très simple et économique parce qu'il ne nécessite pas d’opérations d'usinage par enlèvement de copeaux. Il permet de plus d’économiser d’importantes quantités de Cuivre.The manufacturing process is in comparison with known electrode manufacturing processes very simple and economical because it does not require machining operations by chip removal. It also saves significant amounts of copper.

Un avantage supplémentaire est que les techniques utilisées par le procédé objet de la présente invention sont faciles à maitriser.An additional advantage is that the techniques used by the process which is the subject of the present invention are easy to master.

De plus, le procédé objet de la présente invention permet d’obtenir facilement et rapidement une électrode à partir d’un modèle ou maquette, grâce aux techniques de numérisation faisant appel à un scanner 3D.In addition, the method that is the subject of the present invention makes it possible to easily and quickly obtain an electrode from a model or mock-up, thanks to digitization techniques using a 3D scanner.

Une lecture attentive de la description détaillée de l'invention se référant également aux dessins qui l'accompagnent, fait apparaître d'autres avantages de la présente invention.A careful reading of the detailed description of the invention, also referring to the accompanying drawings, reveals other advantages of the present invention.

Les dessins annexés illustrent l’invention :The accompanying drawings illustrate the invention:

présente la forme obtenue par fabrication additive, vue en coupe. shows the shape obtained by additive manufacturing, seen in section.

présente la forme obtenue par fabrication additive revêtue de Cuivre, vue en coupe. shows the shape obtained by additive manufacturing coated with Copper, seen in section.

Description détaillée d'au moins un mode de réalisation de l'invention :Detailed description of at least one embodiment of the invention:

Le fichier définissant entièrement l’électrode à réaliser est produit par l’homme de métier à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur. Les dimensions des formes qui feront l’objet du dépôt de Cuivre sont corrigées de l’épaisseur du dépôt. Ce fichier est généré dans un format compatible avec les imprimantes 3 D courantes, comme STL, par exemple.The file fully defining the electrode to be produced is produced by the person skilled in the art using computer-aided design software. The dimensions of the shapes that will be the subject of the Copper deposit are corrected for the thickness of the deposit. This file is generated in a format compatible with common 3D printers, such as STL, for example.

Une imprimante 3 D, mise en œuvre par l’homme de métier, produit la pièce (1) qui sera recouverte de Cuivre pour former l’électrode. Le matériau utilisé est du PLA conducteur chargé en particules de Cuivre. Il se présente sous forme de filament qui sera extrudé pour former la pièce. Le niveau de précision de l’imprimante est choisi par l’homme de métier en fonction de la précision géométrique à obtenir pour l’électrode.A 3D printer, implemented by the person skilled in the art, produces the part (1) which will be covered with copper to form the electrode. The material used is conductive PLA loaded with copper particles. It comes in the form of a filament that will be extruded to form the part. The level of precision of the printer is chosen by those skilled in the art according to the geometric precision to be obtained for the electrode.

La pièce ainsi obtenue est ensuite recouverte de Cuivre (2) par dépôt électrolytique en utilisant une gamme de traitement adaptée, définie par l’homme de métier, comme, par exemple, une gamme utilisant un bain acide au sulfate de Cuivre.The piece thus obtained is then covered with Copper (2) by electrolytic deposition using a suitable treatment range, defined by those skilled in the art, such as, for example, a range using an acid bath with copper sulphate.

L’épaisseur du dépôt de Cuivre est choisie par l’homme de métier pour permettre de réaliser les opérations d’électro -érosion dans les conditions définies par les experts dans le domaine, comme par exemple une épaisseur de 0,3 mm.The thickness of the copper deposit is chosen by the person skilled in the art to allow the electro-erosion operations to be carried out under the conditions defined by the experts in the field, such as for example a thickness of 0.3 mm.

APPLICATIONS INDUSTRIELLESINDUSTRIAL APPLICATIONS

Le procédé objet de la présente invention permet de réaliser facilement et à moindre coût les électrodes utilisées pour l’usinage par électro- érosion par enfonçage.The method that is the subject of the present invention makes it possible to easily and inexpensively produce the electrodes used for machining by electro-erosion by sinking.

L’usinage par électro- érosion permet, par exemple, de d’usiner des empreintes pour les moules d’injection plastique ou les moules pour moulage en coquille d’Aluminium.Electro-erosion machining makes it possible, for example, to machine cavities for plastic injection molds or molds for aluminum shell molding.

GLOSSAIRE (au sens du présent brevet)GLOSSARY (within the meaning of this patent)

ABS chargée en Graphite : Polymère Acrylonitrile Butadiène Styrène mélangé à des particules de Graphite en quantité suffisante pour le rendre conducteur d’élecricité.ABS loaded with Graphite: Acrylonitrile Butadiene Styrene polymer mixed with Graphite particles in sufficient quantity to make it electrically conductive.

Dépôt électrolytique: Technique permettant de déposer un métal sur un objet dont la surface est conductrice d’électricite. Cette technique utilise le principe de l’électrolyse pour appliquer au moyen d'un courant électrique continu, un dépôt métallique, à la surface d'un objet, le métal étant initialement sous forme de cations en solution dans un solvant.Electrolytic deposition: Technique for depositing a metal on an object whose surface is electrically conductive. This technique uses the principle of electrolysis to apply, by means of a direct electric current, a metallic deposit to the surface of an object, the metal initially being in the form of cations in solution in a solvent.

Electro- érosion par enfonçage : L'électroérosion par enfonçage est un procédé d'usinage qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant des décharges électriques, dans lequelle une électrode de forme complémentaire à la forme à usiner s'enfonce dans la pièce à usiner.Die sinking EDM: Die sinking EDM is a machining process that involves removing material from a workpiece using electrical discharges, in which an electrode of a shape complementary to the shape to be machined is driven into the workpiece.

Fabrication additive : La fabrication additive, également appellée impression 3D, désigne les procédés de fabrications par ajout de matière, la plupart du temps assistés par ordinateur, à partir d’un fichier informatique définissant la pièce à obtenir.Additive manufacturing: Additive manufacturing, also called 3D printing, refers to manufacturing processes by adding material, most of the time computer-assisted, from a computer file defining the part to be obtained.

Frittage par laser de poudre : Le frittage laser, également connu sous le nom frittage sélectif au laser est l’une des technologies d’impression 3D les plus polyvalentes et les plus couramment utilisées.Powder laser sintering: Laser sintering, also known as selective laser sintering, is one of the most versatile and commonly used 3D printing technologies.

Gamme de traitement : Ensemble des opérations techniques nécessaire à l’obtention du dépôt.Range of treatment: All the technical operations necessary to obtain the deposit.

Impression 3 D : Voir fabrication additive.3D printing: See additive manufacturing.

Maquette : Représentation partielle ou complète en trois dimensions d'un objet en projet ou existant.Model: Partial or complete representation in three dimensions of an object in project or existing.

Modèle : Représentation complète en trois dimensions d'un objet en projet, prototype.Model: Complete representation in three dimensions of an object in project, prototype.

PLA chargé Cuivre : Matière plastique d'origine végétale, à base d’Acide Polylactique mélangée à des particules de Cuivre en quantité suffisante pour le rendre conducteur d’élecricité.Copper loaded PLA: Plastic material of vegetable origin, based on Polylactic Acid mixed with particles of Copper in sufficient quantity to make it conductive of electricity.

Pulvérisation cathodique: Procédé de revétement métallique par décharge électrique entre deux électrodes et ionization d’un gaz. Le bombardement du metal à deposer par les ions émis arrache des ions métalliques qui vont se condenser sur le support plastique se trouvant dans la même enceinte, mise sous vide.Cathodic sputtering: Metallic coating process by electric discharge between two electrodes and ionization of a gas. The bombardment of the metal to be deposited by the emitted ions extracts metal ions which will condense on the plastic support located in the same enclosure, placed under vacuum.

Scanner 3D : Technique de numérisation utilisant un laser.3D scanner: Scanning technique using a laser.

Stéréolithographie : Ce procédé utilise le principe de photopolymérisation pour fabriquer des modèles 3D à partir d’une résine sensible aux rayonnement Ultra-Violet. Celle-ci est solidifiée par le passage d’un laser couche après couche.Stereolithography: This process uses the principle of photopolymerization to manufacture 3D models from a resin sensitive to Ultra-Violet radiation. This is solidified by the passage of a laser layer after layer.

Techniques de numérisation : Techniques permettant l’obtention d’un fichier numérique définissant les formes géométriques d’une pièce à partir de la pièce elle-même.Digitization techniques: Techniques for obtaining a digital file defining the geometric shapes of a part from the part itself.

Usinage par enlèvement de matière : procédé de fabrication de pièces qui consiste à enlever de la matière de façon à donner à la pièce brute la forme et les dimensions voulues, à l'aide d'une machine-outil.Machining by material removal: part manufacturing process which consists of removing material so as to give the raw part the desired shape and dimensions, using a machine tool.

Claims (16)

Procédé de fabrication d’électrode pour usinage par électro -érosion par enfonçage consistant à produire une pièce (1) [FIG. 1] par une technique de fabrication additive, à partir de matériau à base de polymère ou de céramique, et à la recouvrir d’un revêtement (2) [FIG. 2] apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.Method of manufacturing an electrode for machining by spark erosion by sinking, consisting in producing a part (1) [FIG. 1] using an additive manufacturing technique, using a polymer or ceramic-based material, and covering it with a coating (2) [FIG. 2] able to allow the use of the electrode thus obtained for spark erosion by sinking. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation de Cuivre ou d’alliage de Cuivre comme revêtement apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.Method according to claim (1) characterized by the use of copper or copper alloy as a coating capable of allowing the use of the electrode thus obtained for spark erosion by sinking. Procédé selon la revendication (2) caractérisé par le dépôt électrolytique de Cuivre ou d’alliage de Cuivre.Method according to claim (2) characterized by the electrolytic deposition of copper or copper alloy. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par le dépôt électrolytique de tout métal, allié ou pas, autre que le Cuivre, comme revêtement apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.Process according to claim (1) characterized by the electrolytic deposition of any metal, alloyed or not, other than copper, as a coating capable of allowing the use of the electrode thus obtained for spark erosion by sinking. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation de Graphite ou de mélange à base de Graphite comme revêtement apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.Process according to claim (1) characterized by the use of graphite or a mixture based on graphite as a coating capable of allowing the use of the electrode thus obtained for spark erosion by sinking. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation de Polymère conducteur pour la production de la pièce par fabrication additive.Method according to claim (1) characterized by the use of conductive polymer for the production of the part by additive manufacturing. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation de Polymère non conducteur pour la production de la pièce par fabrication additive.Method according to claim (1) characterized by the use of non-conductive polymer for the production of the part by additive manufacturing. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par le dépôt par pulvérisation cathodique du revêtement apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.Method according to claim (1) characterized by the deposition by cathodic sputtering of the coating capable of allowing the use of the electrode thus obtained for spark erosion by sinking. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation des techniques de fusion de lit de poudre, comme par exemple le frittage laser, pour la production de la pièce par fabrication additive.Method according to claim (1) characterized by the use of powder bed fusion techniques, such as for example laser sintering, for the production of the part by additive manufacturing. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation des techniques de dépôt de matière fondue, comme par exemple l’extrusion, pour la production de la pièce par fabrication additive.Method according to claim (1) characterized by the use of melt deposition techniques, such as for example extrusion, for the production of the part by additive manufacturing. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation des techniques de polymérisation en cuve, comme par exemple la stéréolithographie, pour la production de la pièce par fabrication additive.Method according to claim (1) characterized by the use of in-vessel polymerization techniques, such as for example stereolithography, for the production of the part by additive manufacturing. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’utilisation des techniques de jet de liant ou de matériau, comme par exemple la modélisation à jet multiple ou le procédé à lit de poudre et tête d’impression, pour la production de la pièce par fabrication additive.Process according to claim (1) characterized by the use of binder or material jet techniques, such as for example multiple jet modeling or the powder bed and print head process, for the production of the part by additive manufacturing. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’obtention d’une électrode à partir d’un modèle ou d’une maquette, grâce aux techniques de numérisation faisant appel à un scanner 3D.Method according to claim (1) characterized by obtaining an electrode from a model or a model, thanks to digitization techniques using a 3D scanner. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par l’obtention d’une électrode à partir d’une électrode existante, grâce aux techniques de numérisation faisant appel à un scanner 3D.Method according to claim (1) characterized by obtaining an electrode from an existing electrode, thanks to digitization techniques using a 3D scanner. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par le dépôt par réaction chimique du revêtement apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.Method according to claim (1) characterized by the deposition by chemical reaction of the coating capable of allowing the use of the electrode thus obtained for spark erosion by sinking. Procédé selon la revendication (1) caractérisé par le dépôt par réaction chimique d’une couche fine de métal servant de support conducteur au dépôt électrolytique du revêtement apte à permettre l’utilisation de l’électrode ainsi obtenue pour l’électro- érosion par enfonçage.Process according to Claim (1), characterized by the deposition by chemical reaction of a thin layer of metal serving as a conductive support for the electrolytic deposition of the coating capable of allowing the use of the electrode thus obtained for electro-erosion by sinking .
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