Impression 3D métal 101

Pour beaucoup, la relation de l'impression 3D métal avec la fabrication a été limitée. Cependant, comme la technologie est devenue plus accessible, elle a été utilisée dans les installations de fabrication et de production. Dans cet article de blog, nous examinons pourquoi les entreprises choisissent en premier lieu l'impression 3D métallique, ainsi que le fonctionnement des différentes technologies de fabrication additive métallique.

Lisez notre guide de conception de métal

Pourquoi choisir la fabrication additive métallique ?

L'impression 3D métal apporte un certain nombre d'avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de travail des métaux. L'un, qui est partagé par toutes les formes de fabrication additive, est que le coût par pièce est le même pour la production à faible et à grand volume. Cela permet de petites séries de production de pièces personnalisées à un coût abordable. Un autre avantage est que la complexité est gratuite. Des composants complexes qui coûtent des milliers de dollars à la CNC et nécessitent plusieurs configurations de machines peuvent être imprimés en 3D avec peu d'effort pour une fraction du prix. Ceci est particulièrement avantageux pour les métaux difficiles à usiner. Le processus d'impression 3D étant additif, les matériaux généralement difficiles à découper tels que le titane et l'inconel peuvent être imprimés avec beaucoup moins d'efforts. Enfin, la fabrication additive métallique peut fabriquer des pièces impossibles à créer autrement. Cela permet aux ingénieurs de concevoir des composants plus spécifiquement pour leur fonction, sans être entravés par les contraintes typiques de la fabrication traditionnelle.‍

Comment fonctionne la fabrication additive métallique ?

Il existe de nombreux types d'impression 3D métal et, tout comme pour l'impression plastique, chacun est adapté à différents objectifs de fabrication. L'idée centrale qu'ils partagent tous est l'acte de construire une pièce métallique couche par couche. Vous trouverez ci-dessous les quatre types de fabrication additive métallique les plus courants et leur fonctionnement.

Lit de Poudre Fusion

Les imprimantes de cette famille répartissent uniformément une fine couche de poudre sur une plaque de fabrication, puis fondent sélectivement une section transversale de la pièce au niveau de chaque couche. Certaines technologies dont vous avez peut-être entendu parler dans cette catégorie incluent la fusion laser sélective (SLM), le frittage laser direct de métal (DMLS) et la fusion par faisceau d'électrons (EBM).

L'un des avantages des méthodes de fusion sur lit de poudre est qu'elles peuvent atteindre des résolutions très élevées, ce qui est bénéfique pour les pièces petites ou plus précises. L'inconvénient est que ces machines (une fois que les mises à niveau des installations et l'équipement de post-traitement sont pris en compte) coûtent plus de 1 million de dollars US. De plus, les utilisateurs doivent prendre des précautions supplémentaires car ils manipulent directement des poudres métalliques dangereuses.

Dépôt d'énergie direct (DED)

Les processus DED impliquent le dépôt et la fusion d'une matière première métallique à partir d'une tête d'impression pour constituer les couches d'une pièce. Les machines DED incluent la fabrication additive par faisceau d'électrons (EBAM) et le dépôt de matériaux au laser (LMD).

Les machines DED sont idéales pour les très grandes pièces et, parce qu'elles n'utilisent pas de poudres métalliques, ne nécessitent pas les mêmes précautions que les technologies à base de poudre. En revanche, ces imprimantes ont tendance à avoir une résolution inférieure et sont tout aussi coûteuses que leurs homologues à lit de poudre.

Jet de liant

Semblables à la fusion sur lit de poudre, ces imprimantes distribuent des couches de poudre métallique, mais au lieu de fritter avec un laser, elles distribuent un liant à chaque couche. Cela crée une pièce métallique à adhérence lâche qui est ensuite frittée dans un four pour donner une pièce métallique finale. Le frittage fait fondre le liant et chauffe uniformément la poudre juste en dessous de son point de fusion, permettant à la pièce de se fondre dans la pièce métallique finale.

La technologie du jet de liant est avantageuse car elle permet de fabriquer des pièces précises beaucoup plus rapidement que d'autres méthodes. Des dizaines de pièces peuvent être imprimées à la fois, puis frittées dans un grand four, permettant une impression 3D au niveau de la production. Semblable aux méthodes de fusion sur lit de poudre, le jet de liant est très coûteux et présente une barrière à l'entrée élevée :les systèmes coûtent plus de 1 million de dollars et nécessitent des étapes spéciales pour manipuler la poudre métallique.

Extrusion de poudre liée

Cette nouvelle forme de FA métallique, et la méthode employée par le Markforged Metal X, utilise des poudres métalliques liées dans un polymère cireux pour fabriquer des pièces. Ce mélange métal-plastique est fondu et imprimé à travers une buse, similaire à l'impression 3D FFF. Ensuite, pour éliminer les particules non métalliques et produire le composant métallique final, cette pièce « verte » est lavée dans un solvant et frittée dans un four spécial, similaire au jet de liant.

L'extrusion de poudre liée est nettement moins chère que les autres options, coûtant moins de 200 000 $. Il est également beaucoup plus sûr et plus convivial; la poudre n'est plus dangereuse lorsqu'elle est liée dans le filament. Un inconvénient est que les pièces peuvent prendre plus de temps à fabriquer en raison du processus en plusieurs étapes.

La fabrication additive métallique a évolué vers un ensemble diversifié de processus, apportant des avantages qu'aucune autre méthode de fabrication ne peut fournir. Alors que le prix des systèmes continue de baisser, ce n'est qu'une question de temps avant que les imprimantes 3D métalliques ne deviennent un outil de fabrication courant. Pour en savoir plus sur les entreprises qui récoltent déjà les avantages de la fabrication additive métallique, consultez nos études de cas.