Magazine Lundi 20 mai 2019 - 22:05

Optimisation et fabrication d’une buse de nettoyage d’égouts

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La fabrication additive a permis au fabricant de buses USB Düsen de réduire le nombre d’étapes lors de la production d’une buse de nettoyage de canalisation conventionnelle.

Par Ramona Hönl, porte-parole fabrication additive, chez Trumpf.

La fabrication d’une buse de nettoyage de canalisation conventionnelle requiert quatre étapes : la découpe, le tournage, le fraisage et le collage des éléments. L’optimisation topologique et la fabrication additive peuvent permettre d’accélérer le processus. Avec l’aide la société Trumpf, le fabricant de buses USB Dü sen a fait grimper le taux de disponibilité de ses machines de 53 %, tout en améliorant les performances de guidage du jet. Les experts qui ont travaillé sur le dossier s’attendent également à voir les buses réaliser de meilleures performances de nettoyage, tout en utilisant moins d’eau.

La fabrication conventionnelle des buses est une opération chronophage

Pour nettoyer de larges canalisations d’eau usée, les opérateurs branchent un tuyau sur une machine embarquée à bord d’un véhicule ; à l’autre bout du tuyau est attaché un embout appelé « bombe », ou « grenade », qui progresse dans les tuyaux sur chariot. La tête de la bombe est équipée de 12 à 15 buses qui pulvérisent de l’eau. Les jets frappent les parois de la canalisation à une pression pouvant atteindre 300 bars pour détacher les boues, qui sont alors aspirées dans un réservoir de la machine via le tuyau.

Si le design des buses est simple, leur réalisation n’en requiert pas moins de quatre étapes. Lors de la première opération, la matière première est découpée – dans notre cas, il s’agit d’inox – puis un filetage externe est réalisé sur un tour pour fabriquer une sorte de boulon massif. Ensuite, deux ébauches sont serrées dans une fraiseuse dont les contours d’un écrou sont découpés dans la face frontale. Puis un opérateur colle dans la cavité un insert en céramique, manuellement. « L’opérateur doit prélever l’élément de la machine pour chacune de ces opérations. De plus, le collage entraîne des imperfections susceptibles de modifier les performances de guidage du jet », note Fatih Arikcan, ingénieur de fabrication additive chez Trumpf. L'entreprise a donc décidé de passer à la fabrication additive pour réduire les temps de fabrication tout en renforçant les performances de nettoyage.

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Le choix de la fabrication hybride

Pour la réalisation des nouvelles buses, les experts Trumpf ont choisi une approche hybride, combinant des processus de fabrication conventionnelle et additive. Ils ont gardé le tour pour la réalisation de l’élément massif fileté, appelé « ébauche » ou « préforme ». « Ce processus est fi able. Aucune valeur ajoutée ne saurait être obtenue par la fabrication additive dans cette opération. Bien au contraire, elle ne ferait qu’allonger le processus », commente Fatih Arikcan. La fabrication additive, quant à elle, servira à réaliser les étapes de fraisage et de collage. La société allemande a opté pour l’utilisation du procédé de fusion métal par laser (Laser Metal Fusion – LMF), un processus de fabrication dans lequel un laser construit une pièce, couche par couche, dans un lit de poudre métallique. « Ce processus convient parfaitement pour réaliser des géométries complexes. Et c’est ce qu’il nous faut pour obtenir les fonctionnalités recherchées, à savoir : un maximum de performance de nettoyage pour une consommation d’eau minimale dans l’utilisation pratique », explique Fatih Arikcan. Les ingénieurs ont profilé le design de l’élément de façon à ce que celui-ci puisse être imprimé sans aucune structure de support, et sans aucune opération de finition ultérieure. Ce processus d’impression est géré par un logiciel, reléguant les imperfections liées à l’étape de collage au passé. 

« Pour la première fois, la fabrication atteindra le nombre des 10 000 inserts de buse par an », note Arikcan.

Optimisation de la pièce et gain de temps de fabrication

L’équipe d’experts a également agrandi l’attachement de la buse et ajouté un canal de guidage extérieur, pour améliorer les propriétés de la pièce. Cet élément nouveau est destiné à approvisionner le système en air, pour obtenir un profil d’éjection resserré quand le jet frappe la surface à nettoyer. Les préformes, équipées de leur élément imprimé, sont prêtes à être vissées sur les « bombes » dès leur sortie de l’imprimante. Pour ce faire, il n'est pas nécessaire d’ôter la plaque de substrat de la machine. « Pour la première fois, la fabrication atteindra le nombre des 10 000 inserts de buse par an », note Arikcan.

L’équipe de conception a réalisé un lit d’essai pour analyser et valider les pièces d’impression 3D. « Nos chronométrages ont montré une réduction de 53 % du temps des opérations d’usinage conventionnelles », précise Arikcan. Ces pièces seront réalisées sur l’imprimante TruPrint 1000 3D, développée par Trumpf, qui utilise un seul laser. L’utilisation d’un système à lasers multiples devrait même permettre d’obtenir des gains de temps supplémentaires. Les nouvelles buses offriront par ailleurs une performance accrue, alliée au bénéfice d’un meilleur guidage du jet. « Nous avons démontré que le jet d’eau est plus fluide qu’avec le design conventionnel. Nous nous attendons également à une pression accrue au niveau de la surface nettoyée, et à une baisse de la consommation d’eau », conclut Arikcan. Autre effet secondaire bénéfique : la disponibilité des tours, et des fraiseuses, augmente à son tour.

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