Matériaux d'impression 3D en métal

Acier

L'acier est le métal le plus couramment utilisé dans l'impression 3D. Ses excellentes propriétés matérielles, sa polyvalence et sa large utilisation dans la fabrication de précision font de l'acier d'impression 3D une excellente option pour créer des pièces de haute qualité. La plupart des types d'acier peuvent être imprimés, mais les deux types les plus couramment utilisés sont les aciers inoxydables et les aciers à outils, des métaux plus coûteux et difficiles à fabriquer de manière conventionnelle.

Attributs positifs :

• excellente résistance et rigidité
• grande variété de propriétés des matériaux
• traitable à la chaleur.

Aciers inoxydables sont des aciers solides et rigides qui possèdent une excellente résistance à la corrosion en raison de leur teneur importante en chrome (au moins 12 %, souvent jusqu'à 18 %). Deux types d'aciers inoxydables sont couramment imprimés :austénitique et martensitique.

• Aciers inoxydables austénitiques , le type d'acier inoxydable le plus courant, est résistant à la corrosion et peut être à la fois usiné et soudé, bien qu'il ne puisse pas être traité thermiquement. 316L est un acier inoxydable couramment imprimé en 3D, connu pour sa résistance supérieure à la corrosion.
• Inox martensitique aciers sont beaucoup plus durs que les aciers austénitiques, mais plus cassants et moins résistants à la corrosion. 17-4 PH est un acier inoxydable martensitique qui peut être traité thermiquement pour s'adapter à une variété de propriétés matérielles et est largement utilisé tout au long de la fabrication.

Aciers à outils sont nommés pour leur application centrale - l'outillage de toutes les variétés. Ils contiennent du carbure, un composé extrêmement dur qui est essentiel à leur capacité à couper, meuler, estamper, mouler ou former. En général, ils sont très durs, résistants à l'abrasion et beaucoup sont utilisables à des températures élevées. Les trois types de métal les plus couramment imprimés en 3D sont les aciers à outils de la série A, de la série D et de la série H.

• Série A Les aciers à outils sont d'excellents aciers à outils usinables à usage général qui équilibrent la résistance à l'usure et la ténacité. Il existe huit variétés de la série A, dont la plus courante est A2 acier à outils. C'est un acier à outils polyvalent et travaillé à froid souvent utilisé pour fabriquer des poinçons et des matrices, ainsi qu'une grande variété d'autres applications.
• Série D les aciers à outils sont optimisés pour la résistance à l'usure et la dureté. Ils ne sont pas particulièrement résistants et ne sont utilisés que pour les applications de travail à froid. La variété la plus courante de la série D est D2 acier, un acier à outils pour travail à froid utilisé pour toutes sortes d'outils de coupe, des lames aux outils de coupe industriels et aux couteaux.
• Série H les aciers à outils coupent et façonnent le matériau à des températures élevées (ou cycliques). H13 est l'acier à outils pour travail à chaud imprimé en 3D le plus courant. Son mélange d'excellentes résistance, ténacité, résistance à l'usure et à la chaleur du métal imprimé en 3D en font un bon acier à outils à usage général optimisé pour une utilisation à haute température.

Superalliages

La technologie d'impression 3D métal se différencie en étant capable de fabriquer des alliages de haute valeur à des coûts relativement bas. Souvent difficile et coûteuse à usiner, l'impression 3D permet aux entreprises de produire des pièces performantes de manière plus abordable que les méthodes soustractives. Les superalliages se développent dans des environnements défavorables - endroits avec une chaleur élevée, des produits chimiques corrosifs, ou les deux. Bien qu'il existe de nombreux superalliages imprimables, les deux groupes les plus courants sont l'Inconel et le Cobalt Chrome.

Attributs positifs :

• Excellentes propriétés mécaniques
• Résistant à la chaleur
• Bonne stabilité de surface
• Résistant à la corrosion
• Biocompatible (Cobalt Chrome uniquement)

Inconel
Le groupe d'alliages de nickel exclusif le plus répandu est l'Inconel. Ce matériau extrêmement solide, solide et résistant à la corrosion est utilisé dans les turbines, les joints de moteur et
les fusées. Les deux formulations les plus utilisées dans l'impression 3D d'inconel sont l'Inconel 718 plus fort et plus résistant. et le plus résistant à la chaleurInconel 625 . Les deux sont coûteux
à usiner de manière conventionnelle, ce qui fait de l'impression 3D une alternative rentable.

Cobalt Chrome
Ce superalliage est connu pour sa biocompatibilité, son rapport résistance/poids élevé et sa résistance à la corrosion ; il s'agit essentiellement d'une version de titane de qualité supérieure, plus dense et plus chère. Comme l'Inconel, il est utilisé dans les turbines et autres environnements hostiles, mais peut également être utilisé dans des applications médicales pour lesquelles l'Inconel n'est pas adapté, notamment les implants orthopédiques et dentaires.

Titane

Bien qu'il ne s'agisse pas d'un matériau couramment utilisé dans la fabrication conventionnelle, le rapport résistance/poids du titane et son coût élevé (à la fois les coûts des matériaux et les coûts d'usinage) en font un excellent choix pour l'impression 3D. Le titane est généralement imprimé en deux variétés différentes :les alliages de titane et le titane pur (appelé CP Ti).

Attributs positifs :

• Rapport résistance/poids
• Résistant à la chaleur
• Résistant aux produits chimiques
• Biocompatible (selon le procédé et l'alliage)

Alliages de titane
Le titane atteint ses meilleures qualités mécaniques lorsqu'il est allié à d'autres métaux. L'alliage de titane le plus courant est le Ti64 (Ti-6Al-4V) — un matériau plus résistant et 40 % moins dense que l'inox 17-4 PH. Il excelle dans les environnements corrosifs et à haute température. Ces caractéristiques en font un choix de premier ordre dans les industries où un rapport résistance/poids élevé est apprécié, comme les avions et les véhicules hautes performances.

Titane pur du commerce (CP Ti)

Le titane pur n'est pas aussi résistant que la plupart des alliages de titane, mais il est hautement biocompatible. Il est utilisé pour les inserts orthopédiques et les applications médicales similaires.

Cuivre

Le cuivre présente une valeur tout à fait unique parmi les matériaux métalliques imprimables en 3D - il est utilisé pour sa conductivité thermique et électrique au lieu de ses propriétés mécaniques. L'impression 3D en métal permet aux ingénieurs de créer des pièces en cuivre géométriquement optimisées comme des dissipateurs thermiques, des bras de soudage et des barres omnibus pour un coût bien inférieur. Il n'y a que quelques systèmes capables d'imprimer n'importe quelle version du cuivre aujourd'hui. Le cuivre peut être imprimé sous sa forme pure ou plus communément sous sa forme alliée.

Attributs positifs :

• Électriquement conducteur
• Thermiquement conducteur
• Résistant à la corrosion
• ductile

Cuivre Pur
Le cuivre pur a la meilleure conductivité thermique et électrique de tous les alliages de cuivre,
ce qui en fait l'option préférée. Cependant, en raison de sa conductivité élevée et de sa
réflectance laser élevée, le cuivre est incompatible avec les systèmes laser standard. Le
cuivre pur n'est disponible que sur les machines d'extrusion de poudre liée.

Cuivre allié
Le cuivre allié contient généralement 1 à 2 % d'éléments d'alliage, ce qui le rend
imprimable sur certaines machines de fusion sur lit de poudre. Ces alliages, bien qu'encore relativement
conducteurs, sont des options inférieures au cuivre pur. Un exemple de
cuivre allié imprimable est le C18150 , un alliage avec du chrome et du zinc.

Aluminium

L'aluminium, bien qu'utilisé dans certaines imprimantes 3D métal, est beaucoup moins présent dans l'impression 3D que dans les procédés de fabrication conventionnels. Sa rareté dans l'impression 3D de pièces métalliques est due à deux facteurs :une faible imprimabilité et des coûts relativement faibles en fabrication conventionnelle. En conséquence, le ROI potentiel des pièces métalliques imprimées en 3D utilisant de l'aluminium, ou le prix de l'imprimante 3D métal, n'est pas toujours en faveur de l'impression. Les alliages d'aluminium les plus courants, comme le 6061 et le 7075, ne sont pas imprimés. Au lieu de cela, les machines Powder Bed Fusion qui impriment l'aluminium impriment généralement des aluminiums de qualité coulée plus doux. Ces alliages de qualité coulée contiennent jusqu'à 12 % de silicium en poids et ont des propriétés mécaniques inférieures.

Attributs positifs :

• Poids léger
• Durable
• ductile

Alternatives à l'aluminium dans l'impression 3D

Parce que la valeur de l'impression est relativement faible, on ne sait pas quand elle deviendra courante dans l'impression 3D. Jusque-là, le titane et l'acier offrent des rapports résistance/poids similaires lorsqu'ils sont imprimés avec un remplissage à cellules ouvertes, tandis que les imprimantes 3D composites continues peuvent produire des pièces en aluminium pour une fraction du coût.

Les organisations intéressées par l'impression 3D de pièces en aluminium devraient envisager la fabrication additive avec l'impression 3D en fibre de carbone Markforged, qui peut créer des pièces avec des résistances équivalentes à celles de l'aluminium 6061-T6, tout en offrant des propriétés de matériau améliorées telles que la rigidité, la résistance aux chocs, la résistance à la chaleur et la durabilité. De plus, par rapport à l'aluminium 6061, la fabrication de fibre de carbone renforcée offre des rapports résistance/poids considérablement améliorés, ce qui peut être essentiel pour certaines applications hautes performances dans des secteurs tels que l'aérospatiale et l'automobile.

Ressources gratuites pour l'impression 3D en métal

• Principes fondamentaux de l'impression 3D métal
• E-Book :Applications FFF en métal et exemples de cas
• Guide complet de Metal FFF