Guides

Impression 3D métal: un aperçu des types les plus courants

L’impression 3D métal est considérée comme l’apogée de toute impression 3D. En matière de résistance et de durabilité, rien de tel que le métal. Le premier brevet pour impression 3D métal était DMLS (frittage laser direct des métaux) et il a été déposé dans les années 1990 par la société allemande EOS. Depuis lors, les ingénieurs ont mis au point d’autres méthodes d’impression avec du métal, dont certaines sont tout à fait uniques et d’autres qui sont juste assez différentes de DMLS pour obtenir leurs propres brevets. Il peut être difficile de les distinguer, alors nous sommes là pour vous aider!

Chaque imprimante 3D métal tombera généralement dans l’une de ces quatre catégories (à quelques exceptions près qui seront couvertes à la fin): fusion sur lit de poudre, jet de liant, dépôt d’énergie directe et extrusion de matériau.

Fusion de lit de poudre métallique

Cette catégorie comprend DMLS (frittage laser direct métal), SLM (fusion sélective au laser), et EBM (fusion par faisceau d’électrons).

Les pièces métalliques produites à l’aide de la technologie de fusion PBF sont exemptes de contraintes résiduelles et d’imperfections internes, ce qui les rend idéales pour les applications exigeantes des industries aérospatiale et automobile.

L’histoire et la catégorisation des imprimantes 3D métal PBF sont un peu compliquées et concernent principalement la différence entre le frittage et la fusion.

Voici où cela devient délicat: la plupart des entreprises qui prétendent utiliser DMLS utilisent techniquement la technologie de fusion.

Différence entre le frittage et la fusion du métal

Le frittage utilise une combinaison de chaleur et de pression pour faire adhérer les particules. La fusion utilise des températures suffisamment élevées pour que les particules fondent complètement et se rejoignent. Les pièces frittées ont une porosité élevée et nécessitent des traitements thermiques pour être renforcées, même si elles ne seront jamais aussi résistantes que les pièces métalliques forgées; les pièces fondues sont presque entièrement solides et ne nécessitent aucun traitement thermique. Dans l’image ci-dessous, vous pouvez voir la différence entre une pièce frittée et fondue. Les particules de la pièce frittée se touchent simplement très bien mais il y a de grands espaces entre elles dans tout le corps. Contrairement à l’image fondue à droite. Les particules vues sont fondues et le corps est une masse solide beaucoup plus cohésive sans vides visibles.

Différence entre le frittage et la fusion du métal

Lorsque EOS a inventé le terme DMLS, ils frittaient et utilisaient les traitements thermiques par la suite, mais depuis lors, ils ont commencé à utiliser des lasers plus puissants qui fondent complètement. Ils se sont simplement accrochés au terme DMLS, probablement parce qu’il était déjà populaire et que les utilisateurs n’aiment pas avoir à se souvenir d’une douzaine d’acronymes différents.

Une autre différence est que SLM fonctionne avec un seul métal à la fois et DMLS fonctionne avec des alliages métalliques. Avec tout cela à l’esprit, sachez que nous avons trié les entreprises en fonction de la terminologie utilisée sur leurs sites Web.

Bref, si SLM et DMLS sont techniquement différents et que l’industrie utilise les deux termes, de nos jours, la plupart des entreprises d’impression 3D métal utiliser une forme de fusion au lieu de frittage.

EBM utilise un faisceau d’électrons de haute puissance, plutôt qu’un laser, pour faire fondre la poudre métallique; les faisceaux d’électrons produisent plus d’énergie et des températures plus élevées que les lasers, de sorte qu’ils peuvent manipuler (et sont limités à) les superalliages à haute température.

Plusieurs industries s’appuient sur des pièces créées sur des imprimantes 3D à fusion sur lit de poudre métallique. Les professionnels de la santé et les chirurgiens utilisent ces métaux imprimés en 3D pour des implants biocompatibles, les ingénieurs aérospatiaux les utilisent pour réduire le poids des avions et les fabricants industriels les utilisent pour des outillages personnalisés.

Avantages du PBF en métal

  • Presque toutes les géométries peuvent être fabriquées avec une grande précision
  • Large gamme de métaux, y compris les alliages de titane les plus légers et les superalliages de nickel les plus résistants qui sont difficiles à traiter avec les technologies de fabrication traditionnelles
  • Les propriétés mécaniques sont aussi bonnes (et parfois meilleures que) les métaux forgés
  • Peut être usiné, revêtu et traité comme des pièces métalliques de fabrication traditionnelle

Inconvénients du PBF en métal

  • Coût élevé des matériaux, des machines et du fonctionnement
  • Les pièces doivent être fixées à la plaque de construction avec des structures de support (pour éviter le gauchissement) qui produisent des déchets et nécessitent un post-traitement manuel pour être enlevées
  • Tailles de construction limitées (bien qu’elles deviennent de plus en plus grandes)
  • La manipulation de poudres métalliques peut être dangereuse et nécessite des contrôles de processus stricts
A lire  Résistance du matériau imprimé en 3D

Jet de liant métallique

Le jet de liant, comme le frittage laser, peut traiter plus que des matériaux métalliques. Des objets en sable, en céramique et en couleur sont également possibles avec la technologie. Du fait que les machines à jet de liant métallique fonctionnent à température ambiante, le gauchissement ne se produit pas et les supports ne sont pas nécessaires. En tant que telles, les machines à jet de liant peuvent être beaucoup plus grandes que les machines de fusion à lit de poudre et les objets peuvent être empilés pour utiliser l’intégralité de la chambre de fabrication, c’est donc un choix populaire pour les petites séries de production et les pièces de rechange à la demande.

Avantages du jet de liant métallique

  • Grand volume de fabrication
  • Les pièces n’ont pas besoin d’être attachées à une plaque de construction afin de pouvoir être imbriquées pour utiliser tout le volume de construction disponible
  • Moins de restrictions sur la géométrie car les supports ne sont généralement pas nécessaires
  • Des pièces plus grandes sont possibles car le gauchissement ne se produit pas
  • Impression très rapide
  • Coût inférieur à l’impression de métal par fusion sur lit de poudre

Inconvénients du jet de liant métallique

  • Les pièces doivent passer par un processus de déliantage et de frittage au four qui prend du temps après l’impression
  • Coût élevé des machines et des matériaux
  • Porosité plus élevée que la fusion sur lit de poudre, donc les propriétés mécaniques ne sont pas aussi bonnes
  • Petite sélection de matériaux

Dépôt direct d’énergie

Les systèmes d’impression 3D DED sont également connus sous le nom de machines LENS (laser engineered net shaping) et DMD (Direct Metal Deposition). Ils peuvent fonctionner avec du fil métallique ou de la poudre métallique et la fusion peut être réalisée avec un arc plasma, un laser ou un faisceau d’électrons. C’est très similaire au soudage, donc l’une de ses principales applications est la réparation et l’ajout de fonctionnalités aux pièces métalliques existantes.

DED Pros

  • Le fil métallique est la forme la plus abordable de matériau d’impression 3D métallique
  • Certaines machines peuvent travailler avec deux poudres métalliques différentes pour créer des alliages et des dégradés de matériaux
  • Le mouvement à 5 et 6 axes permet la production de porte-à-faux sans l’utilisation de matériaux de support
  • Il est possible de réparer des pièces métalliques cassées et d’ajouter de nouveaux composants aux objets
  • Grand volume de fabrication
  • Utilisation efficace des matériaux
  • Les pièces ont une densité élevée et de bonnes propriétés mécaniques
  • Impression rapide

DED Cons

  • Les pièces imprimées ont une mauvaise qualité de surface, donc l’usinage et la finition sont généralement nécessaires
  • Les petits détails sont difficiles voire impossibles à réaliser
  • Coût élevé des machines et de l’exploitation

Extrusion de matériau métallique

Cette technologie a été spécialement créée pour rendre l’impression 3D métal moins chère et plus accessible et c’est exactement ce que fait. Les petites et moyennes entreprises ont rapidement adopté l’extrusion de matériaux avec du métal, en grande partie parce qu’elle est si abordable. Les studios de conception, les ateliers d’usinage et les petits fabricants utilisent des machines d’extrusion de matériaux métalliques pour itérer les conceptions, créer des gabarits et des montages et effectuer de petites séries de production. Le dernier développement dans cet espace concerne les filaments métalliques qui fonctionneront dans la plupart des imprimantes 3D FDM de bureau, rendant l’impression 3D métal accessible à presque tout le monde.

Voici comment fonctionne l’extrusion de matériau avec du métal:

1) Le filament polymère ou les tiges imprégnées de petites particules métalliques sont imprimées en 3D couche par couche dans la forme de votre conception.
2) La pièce imprimée en 3D est ensuite lavée pour éliminer une partie du liant.
3) La pièce est ensuite placée dans un four de frittage qui fusionne les particules métalliques en métal solide.

Maintenant, les pièces finales sont prêtes à être utilisées. Il peut être traité et traité comme n’importe quelle autre pièce métallique. L’image ci-dessous montre une réplique du boîtier de montre de Vortic Watch Co. imprimé en acier inoxydable 17-4PH sur les systèmes d’extrusion de matériaux Desktop Metal Studio (à gauche) et MarkForged Metal X (à droite).

Avantages de l’extrusion de métal

  • Méthode la plus abordable d’impression 3D des métaux
  • Des prototypes fonctionnels sont possibles
  • Utilisation simple et sûre
A lire  Autodesk modifie les termes de la licence gratuite de Fusion 360 - ImpressionEn3D.com

Inconvénients de l’extrusion de métal

  • Les pièces doivent passer par le même processus de déliantage et de frittage que les pièces de projection de liant
  • Plus de restrictions sur la géométrie et les supports sont nécessaires pour éviter le gauchissement
  • Les pièces ont une porosité élevée et n’atteignent pas les mêmes propriétés mécaniques que les métaux forgés
  • Les pièces ne sont pas aussi denses que vous le feriez avec le PBF ou le DED
  • Moins précis en raison du retrait dans le four

Autres types d’impression en métal

Impression Joule
L’impression Joule à partir d’alliages numériques ressemble beaucoup au DED, mais le fil métallique est fondu en faisant passer un courant à travers lui plutôt que de le chauffer avec un arc ou un faisceau. Cela permet une impression beaucoup plus rapide car la société a démontré qu’elle imprimait jusqu’à 2 kg de titane par heure.

Fabrication additive en métal liquide
Vader Systems a créé la fabrication additive en métal liquide où des gouttelettes de métal liquide à 1 200 ° C sont déposées d’une manière similaire à une imprimante à jet d’encre.

Dépôt électrochimique
Exaddon dispose d’une imprimante 3D métallique à l’échelle nanométrique appelée CERES qui peut rendre des objets métalliques plus petits que la largeur d’un cheveu humain en utilisant un dépôt électrochimique.

Impression métallique DLP
ADMATEC et Prodways sont des exemples d’entreprises qui proposent des technologies d’impression DLP métal. Semblable à l’extrusion de matériau métallique, de la poudre métallique est mélangée à la résine photopolymère. Les pièces imprimées en 3D devront passer par le même processus de déliantage et de frittage, tout comme la méthode d’extrusion de matériau métallique.

Impression métallique par pulvérisation à froid
L’impression métallique par projection à froid était à l’origine utilisée par la NASA pour construire des objets métalliques dans l’espace. La principale caractéristique est que c’est la méthode d’impression 3D métal la plus rapide au monde (pensez à 6 kg d’aluminium ou de cuivre par heure), l’inconvénient est que ce n’est pas si précis. Les sociétés australiennes Titomic et SPEE3D sont à l’avant-garde de cette technologie.

Consolidation par ultrasons
Les imprimantes 3D de consolidation par ultrasons ou de fabrication additive par ultrasons (UAM) lient de fines couches de feuille métallique ensemble à l’aide du son, en éliminant l’excédent de chaque couche avant de coller la couche suivante de feuille, c’est donc une combinaison de fabrication additive et soustractive. La gamme d’imprimantes 3D SonicLayer de Fabrisonic utilise cette technologie.

LENTILLE
LENS est une méthode laser qui nécessite un environnement très contrôlé. Le processus nécessite une chambre hermétiquement fermée, généralement purgée de l’oxygène à l’aide d’argon. Cela maintient les niveaux d’oxydation aussi bas que possible sur le plan humain.

Les lasers LENS peuvent aller de 500W à 4kW. Le procédé a été utilisé pour traiter le titane, l’acier inoxydable et l’Inconel. Malgré les difficultés de maintien de la chambre sans oxygène, LENS offre aux utilisateurs un degré de précision et de contrôle que peu de méthodes de fabrication additive sont capables de faire.

Fabrication de forme libre de faisceau d’électrons
Développé à l’origine par la NASA il y a dix ans, EBF3 est une méthode principalement utilisée dans l’industrie aérospatiale. Cette méthode peut créer des formes géométriques étonnamment complexes sans aucun gaspillage de matière et a la capacité de créer des formes légères améliorant la conservation du carburant.

Dépôt de métal au laser
Le LMD est à bien des égards similaire aux technologies de fusion. La technologie dépose des poudres et utilise des lasers pour les chauffer en forme sur une plate-forme. La différence fondamentale apparaît en y regardant de plus près. Par exemple, ce procédé utilise un courant de poudre constant en cours de fusion. Il utilise deux flux de poudres et une autre paire de flux de gaz de mise en forme dans la procédure. Il est utile pour le renforcement, la réparation, la régénération ou la fabrication directe.

L’impression 3D métal a parcouru un long chemin ces dernières années et elle continue de devenir plus grande (et plus petite), plus rapide, plus précise, moins chère et plus facile à utiliser. Vous êtes curieux de savoir comment l’impression 3D peut profiter à votre entreprise? Ne cherchez pas plus loin que notre propre cabinet de conseil en fabrication additive ou service d’impression 3D.

Tags
Bouton retour en haut de la page
Fermer