10 innovateurs leaders transformant le matériel d'impression 3D métallique

L'impression 3D métallique traverse une période unique de son histoire. Les développements en matériel, logiciels et matériaux assurent sa maturation continue pour débloquer de nouvelles applications et créer des produits avec un haut niveau de fiabilité.

Aujourd'hui, nous lançons une série d'articles explorant les entreprises innovantes pilotant la fabrication additive métallique (FAM), en commençant par le matériel.

Alors que l'impression 3D métallique évolue, de nouveaux fabricants de matériel entrent sur le marché pour relever les défis actuels avec des procédés novateurs ou des approches créatives sur les existants.

Nous avons dressé une liste d'entreprises qui ont récemment commercialisé des technologies FAM métalliques prometteuses, ou prévoient de le faire bientôt — pour découvrir qui, aux côtés des acteurs bien établis, façonnera l'avenir de l'impression 3D métallique.

Fusion Laser sur Lit de Poudre (LPBF)

La technologie de Fusion Laser sur Lit de Poudre (LPBF) reste l'un des procédés FAM métalliques les plus populaires et avancés. Mais face aux défis des coûts matériels élevés, vitesses d'impression lentes et limitations des systèmes propriétaires, il y a un vaste champ d'amélioration.

Plusieurs entreprises du marché LPBF semblent avoir résolu certains de ces problèmes avec des systèmes LPBF métalliques plus rapides, ouverts et plus flexibles.

1. Aurora Labs

Alors que la perspective d'imprimer des pièces métalliques à la vitesse d'une tonne de métal par jour peut sembler trop belle pour être vraie, le fabricant australien d'imprimantes 3D métalliques, Aurora Labs, semble prêt à l'atteindre.

Depuis 2014, Aurora Labs développe une nouvelle technologie d'impression 3D métallique pour permettre l'impression 3D métallique à des vitesses bien supérieures. Révélée pour la première fois au Formnext 2018, l'Impression Concurrente Multi-Niveaux (MCP™) est basée sur la familière technologie de fusion sur lit de poudre — mais avec une différence.

Contrairement aux technologies de lit de poudre traditionnelles, qui impriment une couche à la fois, le MCP imprime plusieurs couches simultanément en un seul passage.

Comment la technologie fonctionne-t-elle ? La technologie MCP a deux éléments clés : un mécanisme de recoater en grille et plusieurs faisceaux laser. Quand l'impression commence, le dispositif de recoater, qui comporte plusieurs trémies, glisse sur le plateau d'impression, chaque trémie déposant différentes couches de poudre en un seul passage.

Au fur et à mesure qu'une couche est déposée, elle est fusionnée par un laser, atteignant la poudre à travers les ouvertures spéciales du recoater. Pendant ce même passage, les couches suivantes sont déposées et fusionnées successivement par les lasers.

Essentiellement, cela signifie que plusieurs couches peuvent être imprimées en un seul passage, accélérant significativement le processus d'impression.

En septembre dernier, Aurora Labs a rapporté que son imprimante 3D RMP1, propulsée par la technologie MCP, avait atteint une vitesse d'impression de 350 kg par jour — un jalon substantiel, comparé aux ~15 kg par jour que le système atteignait en septembre 2018.

Compte tenu de ces améliorations, Aurora Labs est bien positionnée pour apporter sur le marché l'un des systèmes PBF métalliques les plus rapides, qui pourrait potentiellement rivaliser avec les procédés de fabrication traditionnels en termes de temps et coût.

2. Open Additive

Alors que de nombreux fabricants d'imprimantes 3D établis proposent des systèmes propriétaires, seules quelques entreprises ont décidé d'adopter une approche de système ouvert.

L'une d'elles est Open Additive, une spin-off de Universal Technology Company (UTC), avec pour but de développer une solution industrialisée qui pourrait s'adapter à une variété d'environnements et besoins.

C'est pourquoi l'entreprise a développé un système LPBF laser abordable, appelé imprimante PANDA 3D, avec de multiples options personnalisables, de l'architecture machine ouverte et matériaux aux paramètres ouverts et technologie de capteurs.

Open Additive croit que l'un des avantages clés de l'usage de systèmes ouverts est que les entreprises peuvent réduire le risque d'obsolescence, en ajoutant plus de capacités ou en ajustant le système, au fur et à mesure que de nouvelles technologies avancées sont développées.

Cette approche matériel et matériaux ouverts n'est pas particulièrement commune dans la FA aujourd'hui, mais l'industrie devient de plus en plus réceptive à de tels développements. Avec des efforts comme celui d'Open Additive, nous nous rapprochons de la vision d'une technologie additive flexible, configurable, qui donne aux entreprises bien plus d'options pour piloter l'innovation.

3. Sharebot

Le monde de l'impression 3D métallique d'entrée de gamme se peuple rapidement, et le lancement de l'imprimante 3D MetalONE de Sharebot sert comme un autre exemple de cette tendance.

Avec un portefeuille englobant les principaux procédés d'impression 3D plastique, ce n'était qu'une question de temps avant que Sharebot ne passe au métal.

Dans le cas de MetalONE, la machine est le résultat d'un projet qui a évolué depuis la machine SnowWhite SLS de Sharebot pour poudres thermoplastiques, que l'entreprise a lancée il y a quatre ans.

Lancée l'an dernier, la machine présente un enveloppe de construction plutôt petite de 65 x 65 x 100 mm. Mais malgré son faible encombrement, le système a marqué un pas significatif pour l'entreprise.

Prix sous 120 000 $, le MetalONE se situe dans la même catégorie de prix que d'autres imprimantes 3D métalliques d'entrée de gamme, comme la XM200 de Xact Metal et la ORLAS Creator d'OR Laser, toutes deux basées sur la technologie PBF.

De tels systèmes sont tous idéaux pour tester des matériaux ou des designs de pièces avant de passer à des machines PBF plus grandes, mais peuvent aussi convenir à la fabrication de bijoux et dentaire à petite échelle.

C'est excitant de voir comment Sharebot, qui a démarré comme développeur d'imprimantes 3D desktop basiques, a fait évoluer progressivement son offre vers des imprimantes 3D polymères plus professionnelles, et après des années de recherche, est arrivé à sa première imprimante 3D métallique.

Destinée à rendre l'impression 3D métallique plus accessible aux PME, Sharebot est prête à utiliser son écosystème déjà bien développé pour toucher un nouveau marché de prototypage et développement de produits métalliques abordables.

Dépôt d'Énergie Direct (DED)

Les développements dans le domaine du Dépôt d'Énergie Direct (DED) sont particulièrement abondants. Cette technologie utilise une source de chaleur focalisée pour fondre de la poudre ou du fil métallique, au fur et à mesure qu'il est ajouté sur le plateau de construction.

Les entreprises de matériel DED surgissent de plus en plus, avec un domaine de développement particulièrement excitant étant la Fabrication Additive par Arc Fil (WAAM). Ci-dessous, nous examinons quelques fabricants de matériel prometteurs dans le domaine du WAAM et des procédés DED à base de poudre.

4. WAAM3D

En 2020, le marché WAAM reste petit, avec une poignée d'entreprises développant activement cette technologie d'impression 3D métallique.

WAAM3D est peut-être l'un des noms moins connus dans le domaine, mais l'entreprise avait mené une quantité extensive de recherche avant de décider d'amener sa technologie sur le marché.

WAAM3D a été fondée en 2018 pour commercialiser la propriété intellectuelle de l'Université de Cranfield dans le domaine du WAAM.

Selon l'entreprise, le manque de chaîne d'approvisionnement — à savoir outils logiciels, matériel conçu pour WAAM, matières premières, formation et services — a freiné l'adoption industrielle méritée des procédés WAAM, malgré ses bénéfices business prouvés.

L'entreprise vise à créer une telle chaîne d'approvisionnement et promouvoir l'usage du WAAM dans l'aérospatial et défense, pétrole et gaz, énergie et industries nucléaires.

Jusqu'ici, WAAM3D a publié plusieurs applications réussies de sa technologie. L'une est une pièce en titane, un vessel de pression de 1 m de long, fabriqué pour Thales Alenia Space. En utilisant le WAAM pour produire ce composant, l'équipe a économisé plus de 200 kg de matériau par pièce et a pu consolider deux parties du vessel en une.

Plus tôt cette année, WAAM3D a complété son premier tour de financement Série A, qui doit propulser l'entreprise plus loin dans la commercialisation de la technologie WAAM.

5. AML3D

AML3D est une autre entreprise dont la fondation a été inspirée par l'Université de Cranfield. Le Directeur Général d'AML3D, Andrew Sales, a étudié à Cranfield et, fasciné par le potentiel de la technologie, a fondé un bureau de services WAAM en Australie en 2014.

En 2019, l'entreprise a obtenu la certification de l'organisme d'accréditation maritime mondial, Lloyd's Register. Avec la certification en place, AML3D a livré sa première pièce à un client maritime : un ensemble de bagues d'usure en acier inoxydable martensitique.

Plus tôt cette année, AML3D a aussi révélé qu'elle prépare la livraison de sa première imprimante 3D basée sur le WAM, appelée Arcemy, à ST Engineering, un leader de l'aérospatial et défense. Le système Arcemy combine soudage, conception logicielle CAO et technologie robotique, pour produire des pièces métalliques industrielles de grand format, pleinement denses.

AML3D s'attend à ce que sa technologie d'impression 3D bénéficie au secteur maritime, entre autres, aidant à réduire les délais et faciliter la construction et réparation navale.

6. Big Metal Additive

L'idée de faire avancer l'impression 3D grand format a aussi inspiré la fondation de Big Metal Additive (BMA). Cette start-up a développé une méthode AM à fil, à base d'arc, pour créer de grandes structures de design complexes en aluminium.

Avec un volume de construction de plus de 15 pieds cubes et des taux de dépôt jusqu'à 5 lbs (environ 2,27 kg) par heure, la machine de BMA est optimisée pour faire des treillis, châssis auto, enceintes, outillages et fixations, poutres et éléments architecturaux.

Un autre facteur différenciant pour le système BMA est les matériaux. La plupart des imprimantes 3D métalliques ne travaillent qu'avec des alliages spécialisés qui fondent et se consolident facilement. Big Metal utilise huit alliages d'arc de soudage aluminium commerciaux, bien moins coûteux. L'entreprise s'attend aussi à ajouter aciers inoxydable et outils, superalliages et titane à l'avenir.

« Nous voulons que le processus que nous avons conçu devienne répandu. Nous le voulons partout, des ateliers de hot rod à la maintenance en passant par les ateliers de design prototype », a déclaré le fondateur et président Slade Gardner, dans une interview avec l'ASME.

Les plans de l'entreprise semblent vraiment ambitieux, mais tout à fait naturels pour une compagnie cherchant à propulser la FA métallique dans le domaine de la fabrication grand format.

7. Groupe CHIRON

Il y a quelques mois, CHIRON GROUP, un fabricant mondial d'équipements CNC, a fait son entrée dans le monde de la FA, avec le développement de sa première imprimante 3D DED, le AM Cube.

Mais qu'est-ce qui a motivé un tel grand pas dans l'arène de l'impression 3D ?

En ajoutant la technologie FA à son portefeuille de produits, CHIRON vise à fournir un paquet complet de solutions de fabrication. Orienté vers les composants grands et complexes, le AM Cube s'appuie sur les compétences cœur de l'entreprise qui se concentrent sur l'usinage métallique et l'automatisation.

Ciblant applications aérospatiales, énergie, fabrication d'outils et autres industries, le système imprime des pièces near-net-shape mais est aussi capable de revêtement et réparation de composants.

Une caractéristique excitante du AM Cube est sa modularité. L'imprimante 3D a été conçue pour que jusqu'à trois têtes d'impression puissent être changées pendant un processus d'impression ou de revêtement actif.

De plus, Chiron a veillé à permettre l'usage à la fois du fil et de la poudre pour améliorer la flexibilité de la machine. C'est parce que le revêtement par poudre est un processus couramment utilisé dans de nombreux contextes industriels, tandis que le DED à base de fil offre de meilleures caractéristiques de sécurité et réduction des déchets.

Maintenant CHIRON crée une installation où elle utilisera sa nouvelle imprimante 3D pour produire des composants plus grands, avec de longs délais d'approvisionnement et des prix matériaux élevés.

8. Formalloy

Formalloy existe depuis début 2016, mais en ces 4 ans, l'entreprise de DED métallique s'est fait un nom.

La technologie primée de Formalloy est réputée capable d'imprimer avec l'une des listes les plus complètes d'alliages métalliques sur le marché. De plus, ses systèmes DED sont équipés de technologie laser lumière bleue, pour créer des pièces near-net-shape avec diamètres de 1 mm à 1 m, à un taux de dépôt jusqu'à 15 lbs par heure.

Le dernier système X-series de l'entreprise comporte aussi des alimentateurs de poudre Formfeed qui permettent d'imprimer en 3D avec des structures à gradient/bimétalliques.

Avec la tendance croissante vers la surveillance en cours de processus, Formalloy a implémenté une technologie de contrôle en boucle fermée dans la X-series, permettant au système de surveiller la qualité et la précision de construction en temps réel.

Grâce à sa capacité à fabriquer de grands composants et réparer ses pièces, les imprimantes 3D de Formalloy ont été adoptées par la NASA dans une série de projets R&D pour investiguer l'évolutivité de la FA grand format.

En développant des solutions orientées réduction de coûts et flexibilité matérielle, Formalloy vise à capturer une portion du marché DED qui ne devient que maintenant une catégorie technologique plus encombrée.

Photopolymérisation métallique

9. Incus

Incus GmbH, une spin-off du vendeur d'imprimantes 3D céramiques autrichien Lithoz, a lancé son nouveau procédé d'impression 3D par photopolymérisation métallique au Formnext 2019.

La technologie derrière sa nouvelle imprimante 3D est basée sur les techniques de polymérisation en cuve, comme SLA et DLP, qui utilisent des matériaux résine liquides. Incus, de son côté, a développé un procédé qui permet le durcissement d'un matériau photoréactif chargé en métal, en utilisant un projecteur de lumière puissant. Les pièces imprimées 3D avec cette technologie doivent subir déliantage et frittage pour atteindre leurs propriétés finales.

Les avantages potentiels de ce procédé sur d'autres techniques FA métalliques incluent la capacité à travailler avec de nouveaux métaux « non-soudables », une sécurité améliorée (grâce à l'évitement des poudres aéroportées), une précision accrue et, étant basé sur la lumière, des vitesses de construction plus rapides.

La technologie a été mise sur le marché fin 2019 sous la série d'imprimantes 3D Hammer et est maintenant en opération pour plusieurs clients bêta. Incus continue d'affiner sa technologie et cherche à débloquer plus d'applications dans les secteurs médical, automobile, aérospatial et joaillerie.

Material Jetting (Jet de matière)

10. Tritone

Presque tous les procédés d'impression 3D se concentrent sur l'impression de l'objet même, avec une exception étant l'impression 3D de moules pour la fonderie.

La start-up israélienne Tritone a développé la technologie unique MoldJet qui tord l'idée du processus d'impression 3D habituel : au lieu d'imprimer l'objet désiré en 3D, l'imprimante 3D de Tritone crée d'abord un moule puis le remplit avec une pâte métallique ou céramique, tandis qu'une lame de précision essuie tout excès de matériau pour laisser une couche lisse.

Le matériau subit ensuite une étape de traitement thermique pour le durcir, suivie d'une inspection pour analyser la qualité de couche. Une fois fini, les pièces sont retirées du plateau et placées dans un bain ultrasonique qui dissout le matériau de moule pour laisser une pièce verte robuste, prête pour l'étape finale de frittage.

Un des avantages clés de l'usage de MoldJet sur d'autres procédés d'impression 3D est la capacité à utiliser des poudres standard de Moulage par Injection de Métal (MIM), ce qui pourrait faire baisser les coûts matériaux. Les matériaux MIM sont polyvalents et communément disponibles partout, à des prix de commodité.

De plus, Tritone dit que les pièces peuvent délivrer une densité jusqu'à 99 pour cent, avec une qualité similaire à celle des pièces MIM.

Actuellement, Tritone se concentre sur le développement et test supplémentaires de la machine propulsée par la technologie MoldJet. Ce sera excitant de voir comment la nouvelle technologie sera reçue sur le marché, quand l'entreprise commercialisera son imprimante 3D métallique, avec un lancement prévu pour la fin de cette année.

Faire progresser le matériel d'impression 3D métallique

L'impression 3D métallique est l'une des technologies à la croissance la plus rapide aujourd'hui, et une raison de cette croissance est son évolution continue.

Les nouveaux fabricants de matériel rejoignant l'industrie FA sont l'une des forces motrices derrière cette évolution, car ils visent à développer des procédés qui surmontent les défis des machines déjà existantes.

La compétition croissante sur le marché de l'impression 3D métallique alimente l'innovation. Cependant, pour tirer le meilleur parti du matériel innovant FA métallique, il doit aussi être soutenu par les avancées dans d'autres domaines, comme le développement des matériaux et logiciels.

Seulement en créant un écosystème qui supporte l'usage fiable et répétable de l'impression 3D métallique, les start-ups et entreprises plus établies peuvent faire de la FA métallique une solution de fabrication précieuse.

Restez à l'écoute pour notre prochain article qui examinera les étoiles montantes des matériaux d'impression 3D métallique.