Technologies d'impression 3D (Partie 2)

Deuxième partie :Technologies d'impression 3D

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive (AM), offre un large éventail de technologies d'impression différentes parmi lesquelles choisir. Bien que des différences significatives puissent exister entre chaque méthode, toutes les techniques d'impression 3D fonctionnent sur le même principe de base :les technologies de fabrication additive construisent des pièces soit couche par couche, soit par dépôt le long d'un chemin programmé.

Basée sur la méthode de fabrication des couches, la technologie d'impression 3D se décompose principalement en sept catégories :

1. Extrusion de métal

Une buse ou un autre orifice distribue sélectivement le matériau. Une fois qu'une couche est terminée, la plate-forme de fabrication descend ou la tête d'extrusion monte, et la couche suivante est extrudée et collée à la couche précédente. Cette technologie traite principalement des matériaux tels que :

• Thermoplastiques
• Métaux eutectiques
• Céramique
• Composites
• Pâte à modeler
• Argile chargée de métal
• Béton
• Nourriture
• Cellules vivantes

Cette technologie comprend deux sous-catégories :la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) ou la fabrication de filaments fondus (FFF). Les principaux fournisseurs de cette technologie sont Stratasys, Arbur, Aleph Objects, Beijing Tiertime, MarkerBot Industries et Ultimaker. La technologie d'extrusion de métal représente la plus grande base installée de machines AM. Le processus a été lancé par Stratasys.

2. Jet de matière

Une ou plusieurs têtes d'impression à jet d'encre déposent de petites gouttes du matériau de construction lorsqu'elles se déplacent sur le lit de poudre. Étant donné que plusieurs têtes d'impression peuvent être utilisées, chacune peut imprimer différents matériaux. Cette technologie peut également adopter une technologie "d'écriture directe", qui atomise des matériaux d'impression de la taille de nanoparticules et les combine avec un gaz porteur inerte dans un aérosol, puis propulse l'aérosol sur une surface.

Cette technologie traite des matériaux tels que :

• Photopolymères
• Matériaux ressemblant à de la cire
• Métaux/non-métaux
• Conducteurs
• Diélectriques

Les principaux fournisseurs sont 3D Systems, Stratasys, Solidscape et Keyence. Cette technologie peut produire des modèles de moulage de précision.

3. Jet de liant

Le jet de liant dépose méticuleusement un liant liquide à l'aide des buses de la tête d'impression à jet d'encre pour joindre les matériaux en poudre. Contrairement au jet de matériau, le matériau distribué par la buse n'est pas le matériau de construction brut mais plutôt un liant liquéfié qui est déposé sur un lit de poudre pour maintenir la poudre dans la forme souhaitée.

Cette technologie fonctionne avec :

• Polymère acrylique
• Métal
• Sable
• Céramique

Les principaux fournisseurs de cette technologie sont 3D Systems, ExOne Company, Voxeljet Technology GmbH, Microjet Technology, Digital Metal et HP. Cette méthode peut être utilisée pour créer des modèles de sable pour le processus de moulage au sable.

4. Feuille de laminage

La stratification de feuilles lie des couches de matériau en feuille pour réaliser une conception. Les matériaux en feuilles seront soit des papiers traités avec un adhésif qui forme un solide semblable au contreplaqué lorsqu'il est laminé dans l'objet entièrement formé, soit des feuilles et des rubans métalliques qui créent à la place des pièces métalliques. La stratification de feuilles est également appelée fabrication d'objets laminés (LOM).

Les principaux fournisseurs de cette technologie sont Helisys, Micro Technologies et Fabrisonic.

5. Photopolymérisation en cuve

Le photopolymère liquide contenu dans une cuve est sélectivement durci à l'aide d'une polymérisation activée par la lumière. Cette technologie ne fonctionne qu'avec des photopolymères. Il existe actuellement deux types de technologies de photopolymérisation en cuve sur le marché.

• Stéréolithographie (SLA) utilise un laser ultraviolet et des miroirs de balayage X-Y montés sur des galvanomètres guidés par ordinateur pour durcir la couche supérieure de photopolymère liquide dans la cuve. Chaque point touché par le laser est ensuite durci. SL était le processus leader incontesté dans les premières années de la FA.

• La polymérisation en cuve s'est étendue pour inclure également le traitement numérique de la lumière (DLP). Au lieu d'utiliser un laser comme source de lumière pour le durcissement, les imprimantes DLP AM disposent d'un écran de projecteur de lumière numérique pour projeter et durcir l'image de la couche entière en une seule fois.

Les principaux fournisseurs de cette technologie sont, entre autres, 3D Systems, Envisiontec, DWS, Asiga et Rapid Shape.

6. Fusion de lit électrique

L'énergie thermique fusionne sélectivement des régions d'un lit de poudre. L'énergie thermique fait fondre le matériau en poudre, qui passe ensuite à une phase solide en refroidissant. La source d'énergie utilisée dans cette technologie peut être soit un laser, soit un faisceau d'électrons.

Ce processus est également connu sous le nom :

• Frittage laser
• Frittage laser direct de métal
• Frittage Laser Sélectif
• Fusion par faisceau d'électrons
• Fusion Laser Sélective

La technologie laser produit de meilleures finitions de surface et des détails plus fins que les configurations à faisceau d'électrons. Les faisceaux d'électrons sont plus coûteux au départ, mais ils sont également plus rapides et produisent des pièces avec des niveaux de contrainte résiduelle inférieurs.

La majorité des systèmes de FA en métal utilisent le processus de fusion sur lit de poudre. EOS est un processus de fabrication additive métallique bien établi avec la plus grande base installée. Les procédés de fusion sur lit de poudre à haute énergie (PBF) menacent de prendre des parts de marché à l'industrie traditionnelle de la coulée de précision malgré son coût élevé. Les procédés PBF peuvent produire des formes 3D complexes à partir d'alliages qui correspondent presque aux qualités métallurgiques des moulages de précision. SLM est la méthode AM la plus mature et contrôle plus de 70 % du marché de l'impression métallique.

Cette technologie fonctionne avec des polymères, du métal et du sable. Les principaux fournisseurs incluent les systèmes 3D, EOS, Arcam, SLM Solutions, Realizer, Concept Laser, Aconity3D, Proto Labs, etc.

7. Dépôt d'énergie dirigée

L'énergie thermique est utilisée pour fusionner les matériaux au fur et à mesure que le matériau est déposé. Dans la plupart des cas, un laser est la source d'énergie et le matériau est un type de poudre métallique. Un système de mouvement à 4 ou 5 axes est utilisé pour positionner la tête de dépôt. Cette technologie ne fonctionne qu'avec des matériaux métalliques, mais plusieurs types de matériaux métalliques peuvent être utilisés à la fois.

Les principaux fournisseurs de technologie de dépôt d'énergie dirigée (DED) sont Optomec, POM Group, BeAM, Trumpf, RPM et Innovations. Le DED est également connu sous le nom de Blown Powder AM et Laser Cladding. Il s'agit d'une méthode appropriée pour ajouter du matériel à des pièces existantes, ce qui la rend optimale pour la réparation ou la modification de pièces.

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