Quand utiliser l'impression 3D métal par rapport au moulage par injection de métal (MIM)

Le boom de l'impression 3D commerciale a donné lieu à un certain nombre d'idées fausses courantes sur le processus. Par exemple, beaucoup pensent que les procédés de fabrication additive ne peuvent utiliser que des plastiques. En réalité, les ingénieurs peuvent également créer des pièces imprimées en 3D à l'aide de métaux.

Pour les projets impliquant des métaux, les ingénieurs doivent se familiariser avec les avantages et les inconvénients du moulage par injection de métal (MIM) et de l'impression 3D métal. Un examen plus approfondi des deux processus montre que l'impression 3D métal offre une gamme surprenante d'avantages. Voici les principales différences, ainsi que les principales considérations, pour les ingénieurs.

Moulage par injection de métal (MIM)

Le moulage par injection de métal (MIM) associe le moulage par injection de plastique à la métallurgie des poudres et nécessite quatre étapes :préparation de la matière première, moulage, déliantage et frittage.

Tout d'abord, de fines poudres métalliques sont combinées avec des liants de matière thermoplastique et de cire, puis granulées en petites pastilles. Ces pastilles sont ensuite chauffées et injectées dans une cavité de moule. Après le moulage, le liant est retiré de la poudre métallique, ce qui donne une « partie brune » qui passe à l'étape de frittage. Le cycle du four comporte généralement un certain nombre d'étapes. La partie brune est chauffée à une température relativement basse pour brûler tout liant restant, puis elle est frittée à une température proche du point de fusion du métal. La poudre métallique se densifie pour produire le produit final.

Applications

Les ingénieurs se tournent vers le MIM lorsqu'ils ont besoin de produire des pièces - en particulier des pièces petites ou complexes - qui ne peuvent être fabriquées efficacement avec un autre procédé. Étant donné qu'un seul moule est nécessaire pour fabriquer une pièce avec MIM, ce processus est également hautement reproductible et produit des pièces de taille, de forme et de résistance uniformes.

Les pièces MIM ont une large gamme d'applications dans les principaux secteurs commerciaux et industriels, de l'automobile à l'aérospatiale. Les applications courantes incluent les charnières sur les composants de lunettes, les boîtiers de montres, les charnières d'ordinateurs portables et les instruments médicaux de précision.

Avantages

Le MIM est une méthode efficace pour produire un volume élevé de petites pièces complexes. Les pièces finies ont une finition de surface lisse et sont relativement solides pour leur taille, produisant souvent une densité supérieure à 95 %. Le MIM est compatible avec une grande variété de matériaux pouvant être décomposés en poudre et adaptés au frittage. Ce sont principalement des aciers.

Limites

Malheureusement, le moulage par injection de métal présente de nombreuses limitations, principalement en raison des moules nécessaires pour produire des pièces MIM. Les moules MIM peuvent coûter entre 50 000 $ et 100 000 $, ce qui pourrait être prohibitif pour les cycles de production à faible volume. Souvent, le MIM a un sens financier pour des volumes annuels supérieurs à 50 000 avec un long cycle de vie de production.

De plus, le moulage par injection de métal pose des défis de conception considérables aux ingénieurs. Les conceptions de moules ne sont pas facilement modifiables et il existe encore des limitations importantes en ce qui concerne la forme. Par exemple, la pièce ne peut pas avoir de grands porte-à-faux, car elle doit être éjectée hors de la cavité. L'épaisseur de paroi présente un autre défi de conception en raison du déliantage. Si les parois de la pièce sont trop épaisses, il peut être impossible d'extraire la cire du milieu. Les concepteurs et les chefs de projet doivent garder ces considérations à l'esprit s'ils prévoient d'utiliser le moulage par injection de métal pour leur projet. Sinon, ils pourraient être contraints de procéder à des ajustements coûteux plus tard dans le processus de fabrication.

Impression 3D métal

L'impression 3D métal offre de nombreux avantages que d'autres procédés, dont le MIM, ne peuvent égaler. Un type d'impression 3D métallique est la fusion laser sur lit de poudre (L-PBF), parfois appelée DMLS, qui est un processus d'impression qui produit des pièces à partir de poudre métallique.

Au cours de ce processus, une chambre est préparée avec un gaz inerte comme l'argon pour minimiser l'oxydation. Une fine couche de poudre métallique est étalée sur le dessus de la plate-forme de fabrication, puis un laser fait fondre la poudre en petites sections ; le processus se répète jusqu'à ce que la pièce soit entièrement construite. L'excès de poudre est éliminé une fois la pièce refroidie. À partir de là, la pièce est détendue, détachée de la plaque de construction, puis traitée thermiquement si nécessaire.

Applications

Les pièces fabriquées à partir du procédé L-PBF sont idéales pour les applications industrielles et les pièces d'ingénierie d'utilisation finale hautes performances. Les cas d'utilisation courants incluent les moteurs à réaction, les aubes de turbine, les équipements médicaux et les générateurs d'électricité. Ce processus est compatible avec une liste croissante d'alliages métalliques et même certains métaux précieux comme l'or et le platine. Il existe également d'autres procédés d'impression 3D métal mieux adaptés aux applications avec moins de réglementation et d'exigences de performances critiques, telles que le jet de liant métallique et l'extrusion métallique.

Avantages

Les ingénieurs se tournent vers l'impression 3D métal lorsqu'ils ont besoin de créer des pièces spécialisées nécessitant une résistance et une durabilité élevées, une résistance chimique et un accès à des caractéristiques de conception uniques. Contrairement au moulage par injection de métal, l'impression 3D métal offre aux ingénieurs une grande liberté de conception. L'impression 3D métal n'utilise pas de moules, les ingénieurs ne sont donc pas soumis à certaines limitations de forme, et modifier la conception d'une pièce est aussi simple que de mettre à jour la conception sur un ordinateur. Rendre une conception plus complexe ne contribuera pas à des coûts de production supplémentaires.

Limites

Cela dit, l'impression 3D métal présente ses propres défis. La taille de construction est limitée en raison des conditions de fabrication strictes et des contrôles de processus requis. De plus, les coûts de démarrage de l'impression 3D métal pour une machine de qualité industrielle peuvent atteindre des millions - avant de prendre en compte le coût des matériaux. Cependant, le prix élevé peut être un investissement rentable pour les ingénieurs qui souhaitent une flexibilité de conception inégalée et une grande résistance mécanique.

Démarrez avec l'impression 3D métal

Le moulage par injection de métal est bien adapté pour créer de petites pièces complexes qui sont étonnamment solides pour leur taille. Cependant, l'impression 3D métal dépasse ce processus dans de nombreux domaines clés. L'impression 3D métal offre une plus grande polyvalence de conception et les pièces fabriquées avec ce processus peuvent être optimisées pour une résistance, une durabilité et une résistance chimique élevées.

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