Introduction au frittage laser direct des métaux

 « Par rapport à une pièce coulée traditionnellement, une [pièce] imprimée a une résistance, une ductilité et une résistance à la rupture supérieures, avec une variabilité plus faible des propriétés des matériaux. »

Elon Musk

Alors que les matériaux à base de plastique ont été utilisés pour la majorité des projets de fabrication additive depuis le début de la technologie, les récents développements dans les matériaux d'impression en métal signifient que la production de pièces métalliques fonctionnelles est désormais non seulement faisable, mais mérite une considération sérieuse pour un éventail d'industries. La possibilité d'utiliser des techniques de fabrication additive pour fournir des pièces avec les mêmes qualités mécaniques que leurs homologues usinées a ouvert la porte à l'utilisation de cette technologie pour la production, ainsi que le prototypage, quelque chose que les entreprises avant-gardistes ont déjà commencé à explorer.

Dans ce didacticiel, nous offrirons un aperçu des éléments clés à prendre en compte pour tout projet impliquant le processus de frittage laser direct de métal et ses applications potentielles dans l'industrie de la fabrication additive.

Qu'est-ce que le frittage laser direct des métaux ?

Le frittage laser direct de métal est une méthode de fabrication additive qui consiste à projeter un lit de poudre métallique avec un laser fin, en fusionnant la poudre une couche à la fois pour créer la pièce finie ou le prototype, qui peut ensuite être usiné et fini dans le même façon comme un produit par CNC. Depuis son introduction au début des années 90, le processus a été utilisé pour produire une large gamme de prototypes et de pièces fonctionnelles dans les industries automobile, aérospatiale et médicale/dentaire.

Pourquoi DMLS ?

DMLS offre un moyen fiable de fournir des composants métalliques de qualité dans de courtes séries de production. Le processus est incroyablement cohérent, avec un retrait minimal pendant le refroidissement post-impression et des valeurs mécaniques résultantes qui peuvent souvent dépasser les équivalents usinés. Par rapport aux méthodes CNC, le DMLS réduit le gaspillage de matériau typique jusqu'à 90 %.

Le DMLS offre également une grande flexibilité, car les pièces peuvent être affinées davantage après l'impression à l'aide de méthodes CNC plus traditionnelles, et même soudées comme des métaux ordinaires. Cela inclut des détails de gravure ou de gaufrage, ce qui a conduit un certain nombre de créateurs de bijoux à explorer les possibilités offertes par DMLS.

Cependant, le processus d'impression 3D du métal de cette manière est encore relativement jeune par rapport à d'autres méthodes et, en tant que tel, n'est pas sans inconvénients. Le procédé est encore actuellement limité aux applications industrielles en raison de sa relative complexité, le choix des matériaux étant encore relativement limité au moment de la rédaction. De plus, le processus n'est toujours pas adapté aux projets particulièrement volumineux, en raison de l'espace de construction limité des imprimantes disponibles.

Quels documents peuvent être imprimés de cette manière ?

La gamme de métaux disponibles sous forme imprimable ne cesse de croître. Au moment de la rédaction, les éléments suivants sont tous disponibles sous forme de poudre pour les projets DMLS :

• Acier inoxydable
• Acier nickel
• Argent sterling
• Or
• Titane
• Bronze
• Cuivre
• Laiton
• Aluminium
• Chrome cobalt
• Inconel

Il existe également un certain nombre de matériaux plastiques auxquels sont ajoutés des éléments métalliques, ce qui leur confère certaines des qualités des pièces métalliques. Ceux-ci peuvent être imprimés à des températures plus basses tout en conservant une sensation métallique. Lorsque vous envisagez le matériau le plus approprié pour un projet, assurez-vous de regarder en détail la fiche technique de chaque option, qui devrait être facilement disponible en ligne. En particulier, tenez compte des éléments suivants :

• Résistance à la traction (MPa)
• Module de flexion (GPa)
• Élongation à la rupture (%)
• Dureté (généralement exprimée sur l'échelle Rockwell B, bien qu'un certain nombre d'échelles alternatives soient utilisées)
• Épaisseur de paroi minimale
• Précision réalisable (µm)

Quel post-traitement sera nécessaire ?

Tout d'abord, toute impression DMLS nécessitera la suppression de tous les éléments de support, ce qui est souvent un processus assez long, alors tenez-en compte dans les délais de votre projet. Des techniques d'usinage typiques peuvent être utilisées à cette fin.

Les finitions produites par le frittage laser direct du métal sont intrinsèquement rugueuses et granuleuses, ce qui signifie qu'un polissage sera nécessaire pour obtenir une finition lisse et attrayante, surtout si la pièce doit être utilisée pour la coulée plus tard. L'électropolissage est une option efficace à cet égard, améliorant considérablement la qualité globale de la finition d'une pièce en minimisant la rugosité, de sorte que moins de saleté y adhère. Comme aucun usinage n'est impliqué, c'est une option particulièrement intéressante pour les pièces avec des éléments fragiles qui pourraient être endommagés par les techniques d'usinage.

Certaines poudres métalliques utilisées pour la fabrication additive peuvent voir leurs propriétés mécaniques considérablement améliorées par traitement thermique après impression. Les fiches techniques de ces matériaux doivent répertorier leurs propriétés avant et après traitement.

Conditionnement de volume efficace et orientation des pièces

Comme pour tout projet de fabrication additive, tenez compte de vos exigences d'emballage en volume dès que possible. Pour la plupart des projets DMLS, l'impression de plusieurs unités en une seule réduira les coûts, bien que lors de la détermination du nombre d'unités pouvant être imprimées simultanément avec vos machines disponibles, veillez à prendre en compte l'orientation des pièces, car il s'agit généralement du plus grand défi lors de l'impression de pièces métalliques. Les pièces métalliques nécessitent une orientation beaucoup plus spécifique que les pièces en plastique en raison des structures de support qui seront nécessaires lors de l'impression, c'est pourquoi l'emballage en volume doit être planifié en fonction de cette considération. Cela aidera à atteindre un équilibre judicieux entre les coûts des matériaux, la qualité et le temps de construction global.