Fonderie à cire perdue

Une copie en cire enrobée de céramique, fondue, puis remplie de métal

La fonderie à cire perdue copie une pièce en cire, enrobe la cire de céramique, fait fondre la cire et coule du métal dans la coque creuse. Les aubes de turbines de moteurs d'avions, les têtes de clubs de golf et les implants de hanche sont faits ainsi. On obtient des pièces presque finies avec des détails fins, dans presque tous les alliages.

Photo : 5oclockhustle, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Fonderie à cire perdue · de la grappe de cire aux pièces finiesLisez la rangée du haut, puis celle du bas ; les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Faire des copies en cire. De la cire est injectée dans une matrice métallique (un moule réutilisable) pour faire un modèle, une copie exacte de la pièce en cire. Chaque pièce coulée a besoin de son propre modèle.
Monter une grappe. De nombreux modèles sont collés sur une descente de coulée centrale en cire (canal d'alimentation), formant une « grappe » qui peut porter de quelques pièces à plusieurs dizaines.
L'enrober de céramique. La grappe est trempée dans une barbotine de céramique (un mélange crémeux de fine poudre céramique et de liant liquide), saupoudrée de sable fin et séchée. On répète environ 6 à 10 fois, jusqu'à ce que la coque fasse plusieurs millimètres d'épaisseur.
Faire fondre la cire. La coque est retournée et chauffée, généralement dans un autoclave à vapeur (un four à vapeur sous pression) ou un four chaud. La cire s'écoule, souvent pour être réutilisée, laissant un moule creux d'une seule pièce.
Cuire, puis couler. La coque est cuite, souvent vers 1000 °C, pour la rendre solide et brûler les dernières traces de cire. Le métal est coulé alors que la coque est encore chaude, pour que les sections minces se remplissent avant que le métal se fige.
Casser pour sortir les pièces. Après refroidissement, la coque est détachée au marteau, par vibration ou à l'aide de jets d'eau. Les pièces sont coupées de la grappe, et les moignons d'attaque (là où chaque pièce rejoignait la grappe) sont meulés lisses.

Chiffres clés

Matériaux: Aciers et aciers inoxydables, superalliages de nickel et de cobalt, titane, aluminium, alliages de cuivre, or et argent
Pièces typiques: Aubes de turbines, têtes de clubs de golf, implants de hanche et de genou, roues de pompes, pièces d'armes à feu et de serrures, bijoux
Taille de pièce: Généralement de quelques grammes à quelques kilogrammes ; les fonderies spécialisées dépassent 100 kg
Précision: Environ ±0,1 à ±0,25 mm sur les petits détails, à peu près ±0,5 % d'une cote
État de surface: Lisse : Ra (rugosité moyenne) d'environ 1,5 à 3 µm
Taille de série adaptée: De centaines à centaines de milliers de pièces par an ; aussi des pièces uniques en art et en bijouterie
Coût d'outillage et de machine: Les matrices d'injection de cire coûtent de quelques milliers à dizaines de milliers de dollars ; les modèles imprimés en 3D évitent la matrice pour les prototypes
Vitesse: De jours à semaines par lot, passés surtout à attendre le séchage des couches de coque ; de nombreuses grappes sont traitées en parallèle

Atouts et limites

Atouts

Détails très fins et surfaces lisses, souvent avec peu d'usinage
Fonctionne avec des alliages à haut point de fusion comme les superalliages et l'acier inoxydable
Formes complexes d'une seule pièce, avec peu ou pas de joint
Peu de déchets : les descentes et les canaux sont refondus

Limites

Plus d'étapes et de main-d'œuvre, donc chaque pièce coûte plus cher qu'une pièce en moulage en sable
Les pièces sont surtout petites ; les grandes deviennent difficiles et chères
Un nouveau modèle en cire et une nouvelle coque sont consommés pour chaque pièce
Long délai, de jours à semaines

Où on l'utilise

AéronautiqueAubes et directrices de turbines, supports de structure, pièces de circuits de carburant
MédicalImplants de hanche et de genou, instruments chirurgicaux
SportsTêtes de clubs de golf
AutomobileRoues de turbocompresseurs, culbuteurs, petites pièces de soupapes
IndustrieRoues de pompes, corps de vannes, leviers et supports
Art et bijouterieSculptures en bronze, bagues, couronnes et bridges dentaires

Comment le reconnaître

Des détails nets, des lettres bien définies et une surface lisse, légèrement satinée, même dans les angles cachés.
Pas de joint de moule, ou seulement une ligne très faible laissée par la matrice de cire.
Un petit point plat et meulé là où la pièce a été coupée de la grappe (la marque d'attaque).
Une forme complexe faite d'une seule pièce qui demanderait sinon plusieurs pièces usinées.

À comparer avec

Moulage en sable1.1moins cher et bon pour de très grandes pièces, mais bien plus rugueux et moins précis.Fonderie sous pression1.4bien plus rapide et moins cher par pièce à fort volume, mais limité aux métaux à plus bas point de fusion comme l'aluminium et le zinc.Coulée de monocristaux1.8une forme spéciale de fonderie à cire perdue qui fait croître chaque aube de turbine comme un seul cristal.

À regarder

RAPID DIRECT · Une explication animée, étape par étape, de tout le procédé

Paul Hamler · Le procédé complet fait à la main, de la cire au métal

SIMIS · Des robots qui trempent des grappes de cire dans la barbotine et le sable pour construire des coques

Dean Group International Ltd · Une vraie fonderie : grappes, coulée et décochage de la coque

Voir de vraies photos

Wikipédia : Fonderie à cire perdue — une coque pour un rotor de turbocompresseur, l'intérieur d'une coque, et la pièce finie
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Chaque pièce demande une nouvelle copie en cire et une nouvelle coque en céramique.
La fonte de la cire laisse un moule d'une seule pièce sans joint, donc le détail est excellent.
Précis et lisse, mais plus lent et plus coûteux par pièce que le moulage en sable.