Impression 3D sur métal :qu'est-ce que le dépôt direct d'énergie ?

Dépôt d'énergie direct (DED) est une série de plusieurs technologies d'impression 3D métalliques similaires qui créent des pièces en fondant et en fusionnant le matériau au fur et à mesure qu'il est déposé. Bien qu'il puisse être utilisé pour fabriquer de nouvelles pièces, le DED est généralement utilisé pour réparer et reconstruire des composants endommagés. L'une des principales technologies d'impression 3D métal, le DED est déjà utilisé dans des industries clés telles que l'aérospatiale et la défense, le pétrole et le gaz, ainsi que l'industrie maritime. Dans le didacticiel d'aujourd'hui, nous explorerons le processus DED, ses avantages et ses limites et les cas d'utilisation existants.

Comment fonctionne le DED ?

Le dépôt d'énergie directe porte parfois plusieurs noms différents, y compris le revêtement laser 3D et la fabrication par lumière dirigée. De plus, certaines technologies propriétaires calquées sur le DED sont parfois utilisées de manière interchangeable :Electron Beam Additive Manufacturing (Sciaky), Laser Engineered Net Shaping (Optomec), Rapid Plasma Deposition (Norsk Titanium) ou Wire Arc Additive Manufacturing. Bien que chaque processus fonctionne légèrement différemment, le principe qui les sous-tend est le même.

Dans le procédé DED, la matière première, qui se présente sous forme de poudre métallique ou de fil, est poussée à travers une buse d'alimentation où elle est fondue par une source de chaleur focalisée (le plus souvent un laser, mais peut également être un faisceau d'électrons ou un arc) et ajoutés successivement sur la plate-forme de construction. La source de chaleur et la buse d'alimentation sont toutes deux montées sur un système de portique ou un bras robotique. Le processus se déroule généralement dans une chambre hermétiquement scellée remplie de gaz inerte pour mieux contrôler les propriétés du matériau et protéger le matériau contre l'oxydation indésirable.

Découvrez la technologie en action :

Matériaux

DED prend en charge une large gamme de métaux, notamment :

• Alliages de titane
• Acier inoxydable
• Aciers maraging
• Aciers à outils
• Alliages d'aluminium
• Métaux réfractaires (tantale, tungstène, niobium)
• Superalliages (Inconel, Hastelloy)
• Nickel Cuivre
• Autres matériaux de spécialité, composites et matériaux à grades fonctionnels

En particulier, les matériaux utilisés dans le DED sont nettement moins chers que les poudres métalliques utilisées dans le métal sur lit de poudre AM.

Dépôt d'énergie direct :avantages et inconvénients

La technologie DED est utilisée depuis de nombreuses années et offre de nombreux avantages :

• Idéal pour la réparation de pièces :la capacité de contrôler la structure du grain d'une pièce fait du DED une bonne solution pour la réparation de pièces métalliques fonctionnelles.

• Pièces imprimées en 3D plus grandes :Contrairement aux procédés AM sur lit de poudre, qui produisent généralement des composants haute définition plus petits, certaines méthodes DED propriétaires peuvent produire des pièces métalliques plus grandes - par exemple, la technologie de fabrication additive par faisceau d'électrons (EBAM), développée par Sciaky, est censée être en mesure de produire des pièces de plus de 6 mètres de long.

• Vitesse d'impression élevée :En règle générale, les machines DED ont des taux de dépôt de matériau élevés. Par exemple, certains processus DED peuvent atteindre une vitesse allant jusqu'à 11 kg de métal par heure.

• Moins de déchets matériels :Avec les processus SLM et DMLS, comme la poudre est étalée sur la plate-forme de fabrication puis fusionnée de manière sélective, cela peut souvent laisser beaucoup de poudre non fusionnée qui doit être réutilisée. Dans les contrats, avec DED, seule la quantité de matériel nécessaire est déposée. Comme il n'y a pas de déchets de poudre à recycler, cela se traduit par une utilisation efficace des matériaux et des économies de coûts.

• Capacités multi-matériaux :Avec le DED, les poudres ou les fils peuvent être modifiés ou mélangés pendant le processus de construction pour créer des alliages personnalisés. La technologie peut également être utilisée pour créer un dégradé entre deux matériaux différents au sein d'une même construction, obtenant ainsi des propriétés de matériau plus solides pour une pièce.

• Pièces métalliques de haute qualité :DED produit des pièces très denses avec des propriétés mécaniques aussi bonnes ou meilleures que celles de matériaux coulés ou forgés comparables. Les pièces produites avec DED peuvent également atteindre des formes proches du net, ce qui signifie qu'elles nécessiteront peu de post-traitement.

• Capacités de fabrication hybrides :DED est l'une des rares technologies d'impression 3D métal pouvant être intégrées dans des centres d'usinage pour créer une solution de fabrication hybride. En montant une buse de dépôt sur un système d'usinage multi-axes, des pièces métalliques très complexes peuvent être produites plus rapidement et avec une flexibilité accrue.

Quelles sont les limites du DED ?

Certaines des limitations de DED incluent :

• Basse résolution : Les pièces produites avec le dépôt direct d'énergie ont tendance à avoir une faible résolution et une finition de surface médiocre, nécessitant ainsi un usinage secondaire qui ajoutera du temps et des coûts au processus global.

• Aucune structure de support : DED ne se prête pas à la création de structures de support, ce qui limite la production de pièces avec certaines géométries, par exemple des porte-à-faux.

• Coût : Les systèmes DED sont généralement très chers, avec des coûts dépassant 500 000 $.

Dépôt d'énergie directe :les machines

Dans le tableau ci-dessous, nous avons résumé les principales entreprises qui ont développé des technologies propriétaires basées sur le processus DED, ainsi que les machines disponibles et leurs volumes de fabrication.

Fabricant Nom du système Créer du volume Sciaky EBAM® 68711 x 635 x 1600 mmEBAM® 881219 x 89 x 1600 mmEBAM® 110 1778 x 1194 x 1600 mmEBAM®1502794 x 1575 x 1575 mmEBAM® 3005791 x 1219 mm x 1219 mmOptomec OBJECTIF 450 100 x 100 x 100 mm OBJECTIF MR-7300 x 300 x 300 mm OBJECTIF 850-R 900 x 1500 x 900 mm OBJECTIF 860 Hybrid860 x 600 x 610 mmBeAM Modulo 250400 x 250 x 300 Modulo 400650 x 400 x 400Magic 8001200 x 800 x 800 InnsTek MX-600450 x 600 x 350 mm MX-10001 000 x 800 x 650 mm MX-Grande 4 000 x 1 000 x 1 000 mmDMG Mori (Hybride) LASERTEC 65 3D735 x 650 x 560 mm

Cas d'utilisation courants

Le DED a été appliqué avec succès dans diverses industries, notamment l'aérospatiale, le pétrole et le gaz, la défense, la marine et l'architecture. Les constructeurs aérospatiaux utilisent de plus en plus la technologie pour produire des pièces structurelles pour les satellites et les avions militaires. Lockheed Martin Space, par exemple, a récemment qualifié le processus EBAM de Sciaky pour construire des dômes de réservoirs de carburant en titane pour satellites. En utilisant cette technologie, l'entreprise a pu réduire le temps de production du composant de 87 % et le délai de livraison de deux ans à trois mois.

Le DED est également envisagé pour les pièces structurelles des avions commerciaux. . Un exemple en est les pièces en titane d'avion récemment approuvées par la FAA pour le Boeing 787 Dreamliner, fabriquées par Norsk Titanium. La société norvégienne a utilisé sa technologie brevetée de dépôt rapide par plasma, une forme de technologie DED, qui a permis d'améliorer considérablement le rapport achat/vol par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles. Maintenant, alors que les pièces en titane entrent en production en série, Boeing prévoit de réduire ses coûts de production de 2 à 3 millions de dollars par avion.

En plus de produire des pièces métalliques, la technologie DED est bien adaptée à la réparation de pièces endommagées. Grâce à la forte liaison métallurgique et aux microstructures fines et uniformes que DED peut produire, des composants tels que des aubes de turbine et des inserts d'outils de moulage par injection peuvent être reconditionnés. En réparant les pièces usées, les moules ou les matrices, DED permet de réduire considérablement les temps d'arrêt et les coûts associés au remplacement de la pièce tout en prolongeant la durée de vie de la pièce.

De plus, DED peut être utilisé pour modifier des pièces. Par exemple, en utilisant la technologie pour déposer une couche de revêtement dur résistante à l'usure, la résistance à l'usure et à la corrosion d'une pièce peut être améliorée.

L'avenir du DED

DED offre de nombreux avantages pour les industries qui nécessitent la création ou la réparation efficace d'équipements de grande valeur et de pièces métalliques sur mesure, en particulier celles de plus grande taille. En regardant vers l'avenir, nous nous attendons à ce que le champ d'applications de la technologie s'étende, en particulier en raison de la tendance passionnante de la fabrication hybride. Grâce à son intégration aux technologies de fabrication conventionnelles, le DED pourrait apporter des avancées aux industries à la recherche d'opportunités de production innovantes et rentables.