1 Méthode de recherche

1.1 Cadre de conception

Le flux de travail a été structuré pour isoler la contribution de chaque étape de fabrication—formage additif, usinage CNC et finition. Un composant d'essai cylindrique avec des épaulements étagés et des canaux internes a été sélectionné pour garantir la sensibilité à la déviation géométrique. Tous les paramètres de fabrication ont été maintenus constants sur des essais répétés pour assurer la reproductibilité.

1.2 Sources de données

Des données dimensionnelles et de surface ont été obtenues à partir de 30 échantillons produits avec des paramètres de processus identiques. Les mesures ont été prises avec une machine de mesure tridimensionnelle (MMT), un microscope confocal laser et des capteurs intégrés au processus qui ont enregistré la température et la charge de la broche. Le choix de ces appareils était basé sur leur facilité d'étalonnage et leur capacité à reproduire la précision des mesures d'une session à l'autre.

1.3 Équipement et modèles

• Imprimante 3D : Système SLM, laser à fibre de 200 W, épaisseur de couche de 30 µm
• Machine CNC : Centre d'usinage à 5 axes avec compensation automatique d'outils
• Outils de finition : Tête de fraisage CBN, abrasif diamanté
• Modèle de données : Modèles de régression pour la prédiction de la déviation, validés par ANOVA à mesures répétées
• Tous les paramètres utilisés dans les étapes d'usinage et de finition sont répertoriés à l'annexe A pour assurer une reproductibilité expérimentale complète.

2 Résultats et analyse

2.1 Précision dimensionnelle

Tableau 1 montre l'écart dimensionnel moyen dans les trois conditions.
Les échantillons hybrides ont maintenu un écart inférieur à ±0,015 mm, contre ±0,042 mm pour les pièces uniquement additives. Cette amélioration correspond aux études rapportant que la redistribution du matériau pendant le post-usinage compense les effets d'accumulation de chaleur couche par couche [1].

2.2 Rugosité de surface

La finition hybride a réduit Ra d'une moyenne de 12,4 µm à 1,8 µm, comme résumé dans Figure 1. L'étape de finition a éliminé les particules partiellement fusionnées et réduit les artefacts en escalier.

2.3 Efficacité du processus

L'analyse du temps de cycle indique une réduction de 23 % du temps de traitement global par rapport à l'usinage soustractif conventionnel seul. Les journaux de charge d'outil ont montré une diminution de 9 à 12 % du couple de broche en raison de la plus petite marge d'usinage laissée après le préformage additif.

2.4 Interprétation comparative

Le recoupement avec des recherches antérieures [2,3] montre que l'amélioration dimensionnelle correspond aux attentes pour la fabrication hybride. Cependant, l'ampleur de l'amélioration de la qualité de surface est supérieure à celle rapportée précédemment, probablement en raison d'un contrôle thermique affiné dans l'étape additive.

3 Discussion

3.1 Interprétation des résultats

Les résultats démontrent que les flux de travail hybrides compensent l'instabilité thermique typique de la fusion de poudre métallique. La marge d'usinage conçue dans la géométrie imprimée élimine efficacement les zones de déformation induites par la chaleur. Une charge d'outil plus faible suggère une réduction de la contrainte mécanique sur les arêtes de coupe, contribuant à la stabilité du temps de cycle.

3.2 Limites

L'étude s'est concentrée sur une seule géométrie et un seul alliage métallique. Les résultats peuvent varier avec des structures internes plus complexes ou des matériaux ayant des comportements de coefficient de dilatation thermique différents. De plus, un seul type d'outil de finition a été évalué.

3.3 Implications pratiques

Les industries nécessitant des itérations rapides—telles que la robotique, les composants aérospatiaux et les dispositifs médicaux personnalisés—peuvent bénéficier de la fabrication hybride pour obtenir une précision sans flux de travail entièrement soustractifs. La réduction du temps d'usinage est particulièrement pertinente pour les commandes personnalisées en petites séries.

4 Conclusion

L'approche intégrée combinant l'impression 3D, l'usinage CNC et la finition de surface améliore la précision dimensionnelle et la cohérence de la surface tout en réduisant le temps de cycle. Le flux de travail traite la distorsion géométrique causée par la fabrication additive et prend en charge des exigences de tolérance plus strictes. Les travaux futurs pourraient étudier les composants multi-matériaux, les trajectoires d'outils de finition adaptatives et l'optimisation des processus basée sur des modèles.