Le formage incrémental (ISF) est un procédé de mise en forme de tôles minces aujourd'hui connu pour être particulièrement intéressant pour la petite série, la réalisation de pièces à usage unique ou le prototypage car il est plus flexible et plus économique que l'emboutissage.

Le domaine biomédical est un des domaines pour lequel ce procédé est très prometteur [1]. Il permet en effet de réaliser des prothèses uniques, adaptées à chaque individu. Les alliages de titane sont très utilisés dans le domaine médical or ce matériau est très difficile à former. Les efforts de formage nécessaires lors du formage incrémental de pièces en titane étant très importants, ils limitent les possibilités de géométrie de pièces. Une des solutions pour former des pièces en titane grâce à ce procédé est de réaliser l'essai à chaud. Différentes méthodes existent déjà dans la littérature pour réaliser le formage incrémental à chaud. Suite à une étude des différentes méthodes existantes [2, 3], un nouveau dispositif de formage incrémental à chaud est ici proposé. Celui-ci est basé sur l'utilisation de cartouches chauffantes implantées dans la matrice. Le dispositif est équipé d'un thermocouple permettant la régulation en température. Cette solution permet d'assurer un chauffage uniforme du flan jusqu'à une température de 800°C. Une campagne d'essais expérimentaux à chaud avec des tôles en alliage de titane Ti-6Al-4V a été menée en considérant une pièce de référence de forme tronconique. L'effort de formage a remarquablement diminué par l'effet du chauffage par rapport au formage à froid. Cette élévation de la température de formage améliore la formabilité mais aussi la conformité des godets réalisés. Avec une température de 450°C, on obtient des pièces saines sans brulure ni rupture et en conformité dimensionnelle avec le profil souhaité. Des essais expérimentaux ont été réalisés avec différents angles d'inclinaison de la pièce. Ils ont permis de définir un angle limite de formage de a = 57°.

Une simulation numérique du procédé de formage incrémental à chaud de tôles en titane est réalisée sur Abaqus. Le modèle retenu pour la simulation numérique du formage incrémental à chaud (WSPIF) est un modèle dynamique explicit avec couplage thermomécanique. Le modèle de Johnson-Cook est utilisé pour la loi de comportement de l'alliage de titane Ti-6Al-4V à chaud. La comparaison des résultats obtenus numériquement et expérimentalement est effectuée à partir des mesures de la distribution de l'épaisseur, des profils de déplacements et de l'effort axial mis en jeu. Les résultats obtenus montrent que le modèle Eléments Finis mis en place est capable de prédire correctement le comportement des tôles en alliage de titane Ti-6Al-4V mises en forme par le procédé du formage incrémental à chaud. En effet, les efforts prédits, le profil final de la pièce ainsi que la distribution des épaisseurs par la simulation sont relativement conformes à ceux obtenus expérimentalement. Cette comparaison montre la fiabilité des résultats numériques et permet de valider le modèle EF.

[1] G. Palumbo et M. Brandizzi, « Experimental investigations on the single point incremental forming of a titanium alloy component combining static heating with high tool rotation speed », Mater. Des., vol. 40, p. 43‑51, sept. 2012.

[2] A. Göttmann et al., « Laser-assisted asymmetric incremental sheet forming of titanium sheet metal parts », Prod. Eng., vol. 5, no 3, p. 263‑271, juin 2011.

[3] D. Xu, B. Lu, T. Cao, J. Chen, H. Long, et J. Cao, « A Comparative Study on Process Potentials for Frictional Stir- and Electric Hot-assisted Incremental Sheet Forming », Procedia Eng., vol. 81, p. 2324‑2329, 2014.