Ici, un bref exposé des techniques utilisées à la Fonderie de la Côte. Celui qui voudrait les appliquer y engage sa propre responsabilité. Je décline toute responsabilité de ce qui pourrait advenir lors de leur mise en oeuvre.

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Sefseri – moulage hard-core

La plus-part des gents qui passent à la fonderie pour y fondre des sculptures sont un peu étonnés, voire déçus lorsque je leur annonce que ma spécialité est le moulage sable plutôt que la cire perdue. « Au sable! c’est pas comme ça la Fonderie d’Art » mes aïeux que de conformisme, et de mé-connaissance de l’histoire de la fonderie. Car si le dogme actuel est au moule élastomère, nos ancêtres se passaient bien de silicone RTV. Oui, des pièces complexes c’est faisable en fonderie sable, et même mieux: c’est plus rapide et moins couteux si on souhaite un tirage unique. La preuve avec un projet de Mounir Chaïbi Sefseri. 7 noyaux, 9 heure de moulage (j’étais pas en forme). Je n’ai pas encore la photo de la pièce finie qui est chez l’artiste, voici le brut et les opérations de moulage:

Avant de commencer le châssis supérieur

Moule(rouge) et modèle(noir) – les noyaux (blanc) forme l’intrados de la volute

NB: les initiés reconnaîtrons les lieux

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Massette de tailleur de pierre

Massette2

Commande spéciale d’un tailleur de pierre cette massette a été réalisée sur mesure. Tête en bronze de 600g, manche en bois de poirier. Le moulage est assez intéressant pour cette pièce à première vue simple car il nécessite le déploiement de plusieurs techniques de fonderie.

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Flashback – fonderie solidaire au Burundi

En février 2011, encore élève aux Arts & Métiers, j’ai participé à une mission de création d’une fonderie solidaire au Burundi. Cette mission a été l’apex de plusieurs années de travail sur ce projet auquel ont d’ailleurs contribué plusieurs dizaines d’autres étudiants. Cela a été une expérience vraiment très forte sur l’instant, et plus tard un point déterminant dans la genèse de la Fonderie de la Côte tant sur le plan technique que philosophique.  5 ans plus tard il est temps d’exhumer le journal de bord de la mission, ainsi que quelques photos.

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Impression 3D – Tobeca 2

Voilà quelques mois qu’une petite nouvelle bosse à la fonderie. Après de longues hésitations j’ai sauté le pas et investi dans une imprimante 3D. Bien que bénéficiant de sous traitants de qualité en la matière, j’ai préféré avoir ma propre machine afin de profiter au maximum de la réactivité et la souplesse qu’offre le procédé. En effet avec la combinaison impression 3D plastique + fonderie il devient possible de passer très vite de l’idée de la pièce à la pièce finie en alu ou en bronze. Le chemin est simple : conception 3D >> impression du modèle >> moulage >> coulée >> parachèvement. Pour la plupart des pièces cela nécessite moins d’une journée.

Le problème, c’est qu’il existe des dizaines de modèles sur le marché. Difficilement comparables quand on a jamais imprimé, d’autant plus qu’il ne s’agit quasiment que de ventes sur internet, pas simple donc de voire les bécanes tourner avant d’acheter… Mes fournisseurs utilisent une Ultimaker 2 et une Velman K8400. La première est une référence avec certainement la plus grande part de marché. Je pense qu’Ultimaker est à la l’impression 3D ce que Apple est aux smartphones. La machine arrive prête à fonctionner, aucune question à se poser. Elle reste cependant un investissement de taille 2300€ et ne possède qu’un seul extrudeur. La Velman est bien meilleur marché mais est en kit. Elle a deux extrudeurs et ne coute que 600€. Je n’ai pas constaté de différence de qualité entre les pièces sorties de l’une ou de l’autre, mais je n’étais pas au manettes des machines.

Finalement le choix s’est concrétisé dans la Tobeca 2. Tobeca c’est avant tout une conception française, une fabrication 100% française, une PME familial lancée par un passionné, accessible et sympa par dessus le marché… bref un modèle qui colle bien à la philosophie de la Fonderie de la Côte. 800€ en kit, rajouter 100€ pour les options double extrudeur et écran LCD (qui permet à la machine de tourner sans être connectée à l’ordinateur). Si vous êtes sujets aux crises d’angoisse lors du montage de vos meubles IKEA laissez tomber l’imprimante 3D en kit. A l’opposé si vous avez grandi avec des MECCANO, Kapla et K’nex (c’est l’article placement de produit) un peu partout dans votre chambre, vous allez aimer. Bref au bout de deux jours pleins de montage ça imprime:

tobeca

Avec 3 mois de recul et 2kg de PLA le retex est bon. Pas de bug, pas de panne mécanique ni électronique. Quelques erreurs de paramétrage de ma part. Il a quand même fallu apporter certaines modifications à la machine dont le design et les pièces structurelles issues d’impression 3D restent perfectibles, quel système ne l’est pas ? Les deux tentatives d’impression ABS ont été un bel échec, il faudra que j’investisse un peu de temps pour régler cela.

Paradoxalement le premier projet n’a pas été de faire des modèles de fonderie.

Bibliotheque

Petit jeu: combien peut on voire de pièces imprimées 3D sur cette photo?

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Cache soupapes – moulage sur couche

Stefano est en train de restaurer un moteur de motocyclette, mais des pièces sont manquantes. Il s’agit de caches soupapes, sorte de bagues munies de bossages, en aluminium.  Pour obtenir les reproductions en « bonne matière » Stefano me fournit un tirage résine de la pièce. Auparavant des essais avec des tirages plâtre ont été infructueux. En effet les épaisseurs de paroi sont fines et la pièce ne comporte pas de dépouille. De plus le plan de joint est assez compliqué. Même avec le tirage résine, le résultat n’est pas satisfaisant car au démoulage il se produit invariablement beaucoup d’arrachements de sable.

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Modèle résine et pièce

Dans ces conditions le fondeur pense tout de suite: cire perdue. Qu’a cela ne tienne!

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Tour Wolf Jahn – un nouveau à la fonderie

Depuis quelques semaines un petit nouveau à fait son arrivé à la fonderie. Glané sur le bon coin, ce magnifique tour horloger s’est installé à l’atelier.

Tour1

La plaque signalétique porte le nom de « Venot Frères & Cie » après quelques recherches il s’avère que cet établissement de la rue du Temple (Paris) a été absorbé par les établissements Fisseau & Cochot. Selon ce catalogue de 1925 le tour est en fait une production de la firme allemande Wolf, Jahn & Co basée à Francfort.

Tour fisseau

Extrait du catalogue Fisseau et Cochot de 1925

Contrairement à cette description, le tour est monté sur un piétement en fonte. L’entraînoir à toc est remplacé par un mandrin concentrique, plus pratique et surtout moins dangereux. Il y a aussi la possibilité d’utiliser des pinces mais la série est loin d’être complète. J’ai par contre bien récupéré la série de pignons servant à régler la vitesse d’avance du chariot pour réaliser différents filetages. Bien que certains ai été un peu rongés par la corrosion, pas un ne manque. Il ne s’agit donc pas là d’une boite de vitesse comme sur les tours modernes mais d’un jeux d’engrenages qu’il faut changer à la main, dont il faut calculer la raison sur un coin de table, pour chaque vitesse désirée.

Il manque quelques pointes, et la lunette à suivre; la lunette fixe la poupée mobile et le support à main mobile sont bien là avec en prime une poupée mobile supplémentaire équipée d’un levier pour les perçages.

Un catalogue constructeur de 1903 nous montre que la commande initiale de ce tour était à pédale !

Tour Wolf Jahn

Extrait du catalogue Wolf Jahn & Co de 1903

Acheté sans système de commande, je lui ai installé un moteur triphasé de 1 cheval avec sa poulie triple, de récup. En volée (prise directe du moteur sur la broche) la gamme de 9 vitesses s’étend de 400 à 1000 tr/min. Le harnais permet une démultiplication par 7 ce qui donne une gamme de 60 à 150 tr/min. Ce système n’est donc pas parfait pour l’instant car il y a un trou entre les gammes et un manque dans les hautes vitesses.

Le porte outil n’est pas une tourelle à levier comme on les connait mais un système de bride rotulée ultra sommaire. Il n’y a qu’une vis mère (au pas de 4 mm), pas de barre de chariotage. Pas très pratique pour charioter et dresser en avance auto. Enfin, dernière particularité de ce tour, la broche est montée sur la poupée fixe par un système de deux paliers coniques et d’une butée à bille. Ceci nécessite un réglage minutieux et un graissage continu du système. Pas très pratique tout ça me direz vous, certes…

Mais quand on voit les premiers copeaux fuser de ce bijoux centenaire, robuste, toujours précis et simplement beau, on se dit que ça en vaut bien la peine.

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Train d’engrenage monté sur tête de cheval

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Eratum : depuis la première publication j’ai été contacté par Jean-Luc. Passionné lui aussi par cette belle mécanique, il a restauré une version du LL à pédale. Merci à lui pour ses infos et conseils.

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Addendum:

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Démontage de la poupée fixe

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Moulage sur plaque modèle – Réalisation de clefs en série

Les Arts et Métiers sont pétris de traditions… l’une d’entre elles consiste pour la promotion quittant l’Ecole à réaliser une clef ouvragée, à taille humaine, fruit du travail de toute la « Prom’s ». C’est la Clef d’Ex. Elle symbolise la clef de l’Ecole transmise à la promotion suivante qui en prend ainsi la responsabilité, ainsi que celle de transmettre les Traditions.

Voici la clef réalisée par ma promotion clef1

Un bon résumé de cette tradition est disponible ici.

Une autre tradition, dérivée de cette première, consiste à fabriquer des miniatures de la Clef d’Ex pour chaque membre de la Prom’s. Ainsi chacun peut emporter avec lui le souvenir matérialisé des bons moments passés ensemble à « usiner » la Clef. Après le pourquoi, le comment :

Ca commence par une définition 3D et une impression de même dimension. Comme souvent, c’est Guillaume et Jérome qui gèrent. Format pendentif, grande longueur = 80mm

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Avant toute chose, afin de valider la faisabilité de la chose et le bon dessein du modèle, on procède à un moulage et une coulée proto.

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Le châssis n’étant pas pourvu de moyen de guidage, j’utilise la techniques des faux goujons. Cela consiste à prendre dans la masse de sable des pièces mâles et femelles qui vont aider à remmouler le moule avec précision. Le mauvais calage entre le dessus et le dessous lors de la fermeture (remmoulage) s’appel la « variation » C’est un défaut souvent rédhibitoire. Dans notre cas la pièce est entièrement dans le moule du dessous, donc pas de variation possible. Il faut cependant que la descente de coulée arrive au bon emplacement. Le proto est bien sortie, maintenant la série.

Nous sommes en petite série, d’une pièce nécessitant un haut niveau de précision mais de moulage simple. Nous adoptons le procédé moulage sable, avec plaque modèle.

clef3

La plaque de gauche est constituée de 6 impressions de la clef disposées autour d’un chenal central. Elle permettra de fabriquer le moule du dessous. En effet les meilleurs détails s’obtiennent dans les empreintes inférieures car d’une part les crasses du métal ont tendance à surnager et donc à se retrouver en plafond de moule; d’autre part la pression métalostatique est plus importante ce qui aide le métal a épouser les détails. C’est particulièrement vrai dans le cas de l’aluminium qui a une grande tension superficielle. La plaque de gauche sert à fabriquer le dessus constitué du chenal, du pied de coulée et de l’emplacement des évents. Les plaques sont pourvues de broches de guidage qui permettent un démoulage sans casse.

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Avec ce système on fabrique un moule en 20min ce qui nous a permis de couler 126 clefs en une journée avec seulement deux rebuts! Cependant certaines ont demandé un peu d’ébavurage, et pour ça Jérome mérite bien sa Médaille car c’est lui qui s’est collé à la tâche.clef4

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Merci à mes deux compères de fonderie pour ce projet piston.

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Restauration d’espagnolette

Les ingénieurs Matériaux ne le répètent jamais assez : 80% des ruptures d’un matériau en service sont dues à la fatigue. La fatigue c’est quoi ? C’est lorsque qu’une pièce est soumise à une sollicitation périodique et inférieure à sa contrainte maximale admissible. Pour faire simple : tirez une fois sur la poignée, elle tient le coup, tirez 10000 fois…   Cette pauvre espagnolette en a fait les frais :

Crémone0

espagnolette dans sa fausse partie en sable – la partie cassée est en haut

Je commence à l’aide d’argile par reconstituer la forme de la partie cassée, directement sur la pièce:
Crémone01

Sur les prises de vue suivantes la réparation n’est pas présente, il s’agit en fait de différents moulages, pour celui-ci, j’ai directement taillé dans le sable l’empreinte de la partie à reconstituer. Les deux techniques se valent.

On attaque la partie moulage à proprement parler. La géométrie de la pièce nécessite une fausse partie car le plan de joint est gauche. De plus la pièce ne démoule pas, j’utilise donc un noyau de paroi, aussi nommé « motte battue »
Crémone1

Je moule ensuite ce qui deviendra le dessous.Crémone2

A gauche la fausse partie – à droite le dessous avec le modèle et le noyau

Il ne reste plus qu’à mouler le dessus, et remmouler la motte battue dans le dessous. On taille le système de coulée et après c’est un peu toujours la même histoire.Crémone4

La pièce originale, issue d’un château de marquis (d’où la couronne) du XVIIIème, était en fonte. Pour le proto, je coule la pièce en AlSi7Mg03, un alliage d’aluminium qui atteint de bonnes propriétés mécaniques après traitement thermique. Crémone5
Il ne reste plus qu’à usiner l’alésage dans la partie restaurée. La suite? L’achat d’un creuset en SiC (carbure de silicium) devrait me permettre de couler de la fonte, si toutefois le four monte assez haut en température… suspens. En attendant, l’usage montrera si l’alliage d’aluminium tient la route.



Bibliographie

Voici un aperçu de ma petite bibliothèque.  Les livres ne se substituent pas à la pratique mais permettent d’économiser du temps.

Fonderie

  • Le bronze d’art et ses techniques – J.P.Rama – Vial 2003
  • Moulage et fonderie d’art – D.Lambert – Vial 2002
  • Pour le fondeur d’alliages légers – H.le Breton – Dunod 1954
  • Pour le fondeur (fonderie de fonte) – F.Ouvrard, H.le Breton – Dunod 1953
  • Manuel pratique du fondeur de fonte – H.le Breton – Dunod 1966
  • Précis de fonderie – L.Goujon – Béranger 1932
  • Manuel pratique de fonderie – J.Duponchelle – Dunod 1923
  • Fonderie, éléments fondamentaux – L.Giai-Brueri – Dunod 1983
  • Fascicules technologiques du mouleur fondeur – G.Derouet – Librairie Delagrave 1927
  • Traité pratique de fonderie – A.Lelong, E.Mairy – Béranger 1912
  • Fonderie d’Art – D.Lavie
  • Fonderie – L.Guillet – Ecole centrale des Arts et Manufacture
  • Album de défauts de fonderie – G.Hénon – ETIF 1952
  • Défauts de fonderie – F.Boussard – Dunod 1952

Métallurgie

  • Métallurgie structurale théorique – H.Cottrel – Dunod 1955
  • Aide mémoire de métallurgie – R.Cazaud – Dunod 1964
  • Métallurgie – C.Chaussin, G.Hilly – Dunod 1962
  • La métallurgie – U.le Verrier – Société française d’édition d’art (date inconnue)
  • La métallurgie artisanales – M.Séry, C.Moretti – Vial 2014
  • Les chantiers du fer – G.dalstein – Serpenoise 2001

Réfractaires

  • Matériaux et produits refractaires – A.Granger – Béranger 1910
  • Les matériaux réfractaires – J.Lachnitt – PUF 1983
  • Making crucibles – V.Gingery – Gingery Publishing LLC 2003

Patines

  • The colouring, bronzing and patination of metals – R.Hughes, M.Rowe – Thames & Hudson 1982

Modelage

  • La technique du modèle de fonderie – J.Masviel – Dunod 1927
  • Cours de technologie d’atelier – volume 5 : modelage – A.Druot – Eyrolles 1941

Moulage

  • Guide du moulage – J.P.Delpech, M.A.Figueres – Eyrolles 2007
  • L’art du mouleur – A.Tesson – Baudry 1897
  • Etude de moulage type – H.Coste – 1951

Fours

  • Iron melting cupola furnace – S.Chastain – 2000
  • Small foundry furnaces – S.Chastain – 2002
  • La fonderie amateur – T.Aspin – Pratiques d’atelier 2010
  • Crucible furnace – D.Gingery – Gingery Publishing LLC 1988
  • La pratique du cubilot – G.Joly – ETIF 1948
  • Gas burners for foges, furnaces & klins – M.Porter – SkipJack press 2004

Forge

  • C’est en forgeant… – R.Strozzini – Emotion primitive 2007
  • Art et techniques de la forge – H.Bergland – Vial 2007
  • Custom knifesmaking – T.Mc Creight – Stackpole books 1985
  • The art of blacksmith – A.Bealer – Castle books 1995
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Moulage au trousseau

Au commencement était le plan

Assiette1

Il s’agit d’une pièce assez simple car le client souhaite qu’elle soit entièrement reprise en usinage. La demie-coupe de droite montre la pièce brute, celle de gauche l’usinée. C’est une pièce de révolution.

Si vous n’êtes pas familier des techniques de moulage, il vaut mieux commencer ici.

Les mouleurs ont souvent à travailler les pièces de révolution : diverses poulies, roues, bandages… mais les plus symboliques de toutes sont les canons et les cloches. Par ailleurs, les mouleurs sont généralement des gens économes, particulièrement de leur temps. Comme me l’a dit un jour un chef d’atelier pour le compte duquel je devais améliorer un process de production « va voire les feignants, ce sont eux qui ont les meilleures idées ». Pour réaliser un moule de révolution, l’idée est de ne pas s’embarrasser d’un modèle. On pratique le moulage au trousseau.

Prenez un châssis, un arbre et une crapaudine. Attention, une crapaudine n’est pas une espèce de batracien femelle mais une pièce qui assure une liaison pivot entre un arbre vertical et le sol.Assiette2On sert le sable dans le châssis.

Assiette3Jusqu’en haut, puis on règle le tout.

Assiette11

On installe la planche a trousser sur l’arbre et c’est parti pour un tour, deux tours…Assiette5

Un dessein vaut mieux qu’un long discours. Voici l’empreinte dans le châssis inférieur, le châssis supérieur est moulé à part et ne contient que des évents et la descente de coulée. Je crée un joint en entaillant la périphérie du plan de joint du demi moule inférieur. La collerette de sable relevé va, en s’écrasant au moment du remmoulage, assurer l’étanchéité.Assiette6

On remmoule, et on charge.
Assiette7

Le travail du mouleur est terminé, voici que rentre en scène le fondeur… 5 secondes pour couler, 30min de refroidissement (par-ce-que l’on est toujours trop pressé de voire le résultat) et voilà: Assiette8Assiette9