Impression 3D sur métal :7 idées fausses courantes démystifiées 

Le manque de compréhension des capacités et des limites de l'impression 3D métallique persiste l'un des principaux défis à une plus grande adoption de la technologie. Les idées fausses qui ont émergé autour de la technologie ne font qu'attiser le feu.

Dans l'article d'aujourd'hui, nous allons démanteler certains des mythes courants entourant l'impression 3D métallique, pour découvrir la vérité et vous armer des faits. 

1. L'impression 3D métal est trop chère

La fabrication additive métallique (FA) peut être une technologie coûteuse à posséder. Certains systèmes AM en métal peuvent coûter jusqu'à un million de dollars, ce qui les rend abordables uniquement pour les grandes entreprises.

Cela dit, certaines entreprises reconnaissent que ce type d'investissement en capital est hors de question pour les petites entreprises et les ateliers d'usinage et ont spécifiquement développé des imprimantes 3D à un prix inférieur à 200 000 $. De tels systèmes visent à démocratiser l'impression 3D métallique, déverrouillant la technologie pour des marchés plus larges.

Des exemples incluent des sociétés comme Xact Metal, Laser Melting Innovations (LMI) et One Click Metal, qui démocratisent la technologie de fusion sur lit de poudre métallique.

Dans la plupart des cas, ces entreprises ont équipé leurs systèmes de composants plus économiques pour réduire les coûts d'équipement. Par exemple, l'imprimante 3D Alpha 140 de LMI utilise un laser à diode, qui est moins cher et moins sujet aux dommages qu'un laser CO2. Et, au lieu de systèmes de scanner coûteux, l'Alpha 140 est équipé d'un système laser à mouvement cartésien. Grâce à ces changements, l'entreprise a pu baisser le prix de sa machine à moins de 100 000 €.

En outre, d'autres entreprises, comme Desktop Metal et Markforged, ont développé une nouvelle approche de l'impression 3D métal. pour le rendre plus abordable. Le Studio System de Desktop Metal et les systèmes Metal X de Markforged sont basés sur une technologie similaire, tandis que les poudres métalliques encapsulées dans le filament en plastique sont extrudées à travers une buse pour créer des pièces vertes qui sont ensuite frittées dans un four.

Quoi rend cette approche plus abordable est des composants moins chers nécessaires pour fabriquer une imprimante et des coûts d'exploitation inférieurs, permis par des matériaux de moulage par injection de métal moins chers.

Prix à moins de 200 000 $, Metal X et Studio System ont ouvert de nouvelles possibilités dans l'impression 3D métal en rendant le processus moins coûteux, convivial pour le bureau et plus facile à gérer.

2. La plupart des systèmes AM en métal sont similaires 

Une autre idée fausse répandue est que toutes les imprimantes 3D métal sont similaires. En réalité, il existe jusqu'à cinq technologies clés d'impression 3D métal, chacune avec ses exigences et ses fonctionnalités uniques.

Même au sein d'un même groupe technologique, les imprimantes 3D peuvent varier considérablement. Prenons l'exemple de la fusion sur lit de poudre métallique (PBF), le processus par lequel les poudres métalliques sont fusionnées couche par couche par une puissante source de chaleur. Bien que l'idée clé derrière PBF reste la même, il existe plusieurs versions tout à fait uniques de la technologie.

Par exemple, VELO3D a développé une imprimante 3D à fusion sur lit de poudre dotée d'un mécanisme unique de revêtement et étroitement intégrée au logiciel. Cela donne au système une capacité unique d'imprimer des pièces avec presque aucune structure de support.

Dans un autre exemple, Aurora Labs développe une imprimante 3D métal PBF, qui sera capable d'imprimer des pièces à une vitesse de technologie PBF sans précédent pouvant aller jusqu'à une tonne de métal par jour.

Dans l'ensemble, le paysage de l'impression 3D métal est assez complexe et peut être difficile à suivre. Vous voudrez peut-être consulter notre Guide définitif de l'impression 3D sur métal pour en savoir plus sur la technologie.

3. L'impression 3D métal ne convient qu'à la production à faible volume 

L'impression 3D métal est en effet une technologie incontournable lorsque l'on cherche à produire de petits volumes de pièces. Cependant, ses capacités ne s'arrêtent pas là. Certaines imprimantes 3D métal, notamment celles basées sur la technologie du jet de liant, peuvent accueillir des lots de pièces moyens à importants.

Une entreprise illustrant cela est 3DEO. La société d'impression 3D métallique a développé une technologie brevetée de stratification intelligente, qui lui permet d'obtenir une production à haut volume, reproductible et automatisée pour les pièces métalliques.

Le procédé additif de 3DEO repose sur trois étapes. Tout d'abord, la machine étale une fine couche de poudre métallique standard de moulage par injection de métal (MIM). Ensuite, il pulvérise un liant sur l'ensemble de la couche. Enfin, il utilise une fraise CNC pour définir avec précision la forme de la pièce à chaque couche. Cette approche hybride permet à l'entreprise, qui utilise sa technologie en tant que service, de traiter des commandes de 250 000 pièces par an.

Un autre exemple est le système de production de Desktop Metal, une machine à jet de liant capable d'imprimer jusqu'à 12 000 cm3/h, ce qui se traduit par plus de 60 kg de pièces métalliques par heure. Une telle vitesse est de plusieurs ordres de grandeur plus rapide que la plupart des imprimantes 3D métalliques sur le marché, ce qui la rend idéale pour produire des pièces métalliques complexes à des volumes élevés.

En tant qu'alternatives potentielles aux méthodes traditionnelles telles que l'usinage, ces méthodes montrent que l'industrie développe des solutions pour une impression 3D métallique plus rapide, faisant entrer la technologie dans un nouveau domaine de production à plus haut volume.

4. Les applications haut de gamme sont les seules à stimuler la demande d'impression 3D métal 

Metal AM a en effet été adopté pour la première fois pour des applications haut de gamme dans les industries aérospatiale et médicale. Cependant, avec la prolifération de solutions d'impression 3D métal plus abordables, la gamme d'applications s'est élargie aux pièces détachées, aux prototypes fonctionnels et aux outillages personnalisés.

Fait intéressant, la capacité de l'impression 3D à améliorer les processus de fabrication existants avec des moules, des gabarits et des montages produits de manière additive est considérée comme l'un des principaux avantages de la FA, selon le récent rapport d'EY.

Par exemple, Built-Rite, une entreprise de fabrication d'outils, utilise en interne le système Studio de Desktop Metal pour produire des composants d'assemblage de moules à rotation rapide. Le Studio System fonctionne en chauffant et en extrudant des tiges métalliques – poudre métallique et liants polymères – façonnant une pièce verte couche par couche, et la pièce est ensuite frittée dans le four adapté aux bureaux.

Ce processus permet à Built-Rite de rendre les composants 90 % moins chers et 30 % plus rapides que lors d'une sous-traitance, tout en réduisant le poids, et donc l'utilisation de matériaux, de 40 %.

En ce qui concerne la production de pièces de rechange, la FA métallique peut aider à résoudre plusieurs principaux facteurs de coûts d'après-vente et de réparation :des stocks élevés, des pièces de rechange plus anciennes dont la demande est plus faible et des pièces obsolètes ou non mobiles dans entrepôts.

De toute évidence, les avantages de l'impression 3D métallique vont au-delà des composants aérospatiaux et médicaux coûteux, car elle devient une technologie avec un large éventail d'applications bas de gamme.

5. Les pièces métalliques imprimées en 3D sont inférieures aux pièces métalliques conventionnelles 

De nombreux fabricants ne savent toujours pas si la qualité des pièces métalliques imprimées en 3D peut être la même que celle des pièces fabriquées de manière conventionnelle. Cette idée fausse est née en grande partie à cause de la nouveauté de l'impression 3D métal, qui doit encore prouver son aptitude à la production de pièces d'utilisation finale.

En réalité, les utilisateurs de technologies ont déjà prouvé que la qualité des pièces métalliques imprimées en 3D est égale, voire supérieure, à celle des alternatives fabriquées de manière conventionnelle. C'est pourquoi nous voyons de plus en plus de pièces métalliques AM être utilisées dans des systèmes critiques tels que les moteurs de fusée, les échangeurs de chaleur et diverses pièces de turbine.

Bien que l'obtention d'un flux de travail de FA métal qualifié puisse être une tâche difficile, les fabricants adoptent cette technologie pour finalement récolter les avantages de composants métalliques plus performants, plus légers et plus efficaces.

6. Les imprimantes 3D métal ne peuvent imprimer que de petites pièces

Au fur et à mesure que la demande de pièces métalliques de plus grande taille augmente, la technologie a évolué pour permettre la production de composants de plus grande taille.

En 2020, la plupart des imprimantes 3D, en particulier celles basées sur la technologie du lit de poudre et du jet de liant, créent des petites pièces, mesurées en centimètres. Par exemple, dans le cas d'une technologie PBF, où des couches de poudre métallique sont fondues par un laser ou un faisceau d'électrons, de grandes pièces sont difficiles à créer en raison de l'accumulation de contraintes à l'intérieur d'une pièce. Plus la pièce est grande, plus les changements de température sont importants, ce qui augmente la contrainte résiduelle et le changement de déformation de la pièce.

C'est pourquoi la production de pièces plus grandes est souvent réalisée par d'autres technologies de fabrication additive métallique, comme le dépôt direct d'énergie et la fabrication additive à l'arc.

Par exemple, le fabricant d'imprimantes 3D métalliques, Sciaky, propose certaines des plus grandes imprimantes 3D métalliques du marché, grâce à sa technologie de fabrication additive par faisceau d'électrons (EBAM). Sciaky positionne son système AM comme une alternative plus rapide et plus abordable aux pièces forgées et coulées à grande échelle.

L'une de ses imprimantes 3D, l'EBAM 150, a un volume de construction impressionnant de 3708 x 1575 x 1575 mm .

EBAM utilise un procédé comme le soudage, où un faisceau d'électrons est utilisé pour faire fondre le métal sous forme de fil. Cela signifie que la technologie est bien adaptée au traitement d'une large gamme de matériaux soudables, du titane à l'Inconel et à l'acier inoxydable.

Lockheed Martin est l'un des utilisateurs de la technologie EBAM. La société aérospatiale l'a appliqué pour créer deux dômes géants pour les réservoirs à haute pression qui transportent du carburant à bord des satellites. La technologie a permis à Lockheed Martin d'imprimer en 3D deux dômes, mesurant chacun 116 cm de diamètre, en trois mois au lieu de deux ans, soit une réduction considérable de 87 % du délai de livraison.

Les capacités de l'impression 3D métal vont clairement au-delà des simples composants, ouvrant la possibilité d'imprimer des pièces à grande échelle en 3D de manière plus rapide et plus flexible.

7. La réutilisation de la poudre métallique a un impact négatif sur les propriétés matérielles d'une pièce

La dernière idée fausse dont nous discuterons aujourd'hui est que la réutilisation et le recyclage de la poudre dans un processus PBF à base de laser ont un impact négatif sur les propriétés des matériaux et conduisent à des pièces de qualité inférieure.

En PBF, une fois le processus d'impression terminé, la poudre non fondue est recyclée puis mélangée à de la nouvelle poudre dans une proportion spécifiée. Cependant, les ingénieurs, sceptiques quant au recyclage des matériaux, spécifient souvent un âge maximal de la poudre et demandent aux fournisseurs de FA de jeter toute la vieille poudre.

Cependant, plusieurs études prouvent que la réutilisation et le recyclage de la poudre avec les contrôles appropriés n'ont pas seulement aucun effet sur les propriétés mécaniques, mais permet également au PBF à base de laser d'être un processus AM plus efficace et économique.

Le prestataire de services d'impression 3D, Stratasys Direct Manufacturing, par exemple, a mené des recherches approfondies sur l'impact du recyclage sur les pièces fabriquées avec des superalliages à base de nickel. En mesurant différents paramètres, tels que la résistance à la traction et la limite d'élasticité des pièces imprimées en 3D à partir de matériaux recyclés, la recherche a révélé que le recyclage a peu ou pas d'influence sur les propriétés de la pièce ou à température élevée de l'Inconel 718 et de l'Inconel 625.

Dans une autre étude, Renishaw, un fabricant d'imprimantes 3D métal, a réalisé un total de 38 constructions en utilisant une poudre d'alliage de titane recyclé Ti6Al4V ELI (Extra Low Interstitial). La société a conclu que les changements dans la poudre au cours de la période de l'étude n'étaient pas suffisamment importants pour affecter les réglages des paramètres du matériau, et il n'y avait aucune preuve suggérant que l'élimination de la poudre serait nécessaire.

Surmonter les idées fausses sur l'impression 3D métallique 

Alors que l'impression 3D métal continue de mûrir, l'un des moyens de rendre la technologie plus courante consiste à éduquer les gens sur les véritables capacités et limites de la technologie.

En fin de compte, armée de connaissances à jour, l'industrie de la FA métallique peut avancer plus rapidement sur la voie de l'industrialisation, libérant la technologie pour des marchés et des applications plus larges.