Fonctionnement du processus d'impression 3D Metal FFF

Procédé d'impression en 3 étapes de Metal FFF

Ces imprimantes 3D métal sont une variante hautement spécialisée des imprimantes FFF, optimisées pour imprimer des matières premières MIM (moulage par injection de métal). Ce type d'impression crée des pièces métalliques « vertes » qui doivent être déliées et frittées avant utilisation finale.

Ces pièces « vertes » sont toujours augmentées de 15 à 20 % par rapport aux dimensions finales de la pièce pour tenir compte d'un retrait reproductible et prévisible pendant le frittage.

• Impression : la poudre de métal liée au plastique est imprimée couche par couche dans la forme de votre pièce. Les pièces sont agrandies pour compenser le retrait pendant le processus de frittage, ce qui donne un « vert " pièces.
• Déliantage : Après l'impression, les pièces vertes sont placées dans la station de déliantage, où un solvant organique est utilisé pour dissoudre la majeure partie du matériau de reliure en plastique. Après lavage, les parties vertes sont dites « marron " pièces.
• Frittage : Les pièces « brunes » lavées sont ensuite placées dans un four, où elles sont chauffées avec un profil spécifique au matériau - d'abord pour brûler le liant restant, puis pour solidifier la poudre métallique en une pièce finie.
  

Étape 1 :Impression

Les technologies d'impression 3D FFF métal utilisent un processus presque identique aux imprimantes FFF conventionnelles. La seule différence principale est que les imprimantes FFF métalliques utilisent une feuille d'impression scellée sous vide, plutôt qu'un lit d'impression conventionnel.

Pour les utilisateurs, le processus d'impression comprend :

• Découper des pièces sur une plate-forme logicielle
• Placer une feuille d'impression sous vide sur le lit d'impression
• Initiation du processus d'impression 3D métal
• Retrait de la pièce imprimée après désactivation du vide
• Enlever la partie « verte » de la feuille d'impression

Double extrusion avec matière première MIM : Ces types d'imprimantes extrudent le filament MIM dans une buse et le filament d'interface céramique dans l'autre.

Une buse d'extrusion est conçue pour imprimer la matière première MIM, qui est une poudre métallique liée dans un matériau de liaison plastique en deux parties. C'est le matériau utilisé pour former la pièce elle-même, ainsi que les supports et le radeau. Pour le métal des imprimantes 3D industrielles, Markforged propose actuellement six offres différentes de qualité commerciale :acier à outils A2, acier à outils D2, Inconel 625, cuivre, acier à outils H13 et acier inoxydable 17-4 PH.

L'autre buse imprime un matériau antiadhésif en céramique. Cela fournit la surface entre les pièces et leurs supports et radeaux. Sans ce matériau antiadhésif, l'impression 3D de pièces métalliques nécessitant des supports ne serait pas possible. Le processus de frittage transforme ce matériau en poudre, ce qui permet de séparer facilement la pièce des supports.

Étape 2 :Déliantage

L'étape de déliantage enlève la majorité du matériau de liaison. Le résultat est une pièce « brune » prête pour le frittage.

Tout d'abord, la partie « verte » est d'abord placée dans un bain de solvant chauffé dans une station de lavage en utilisant une solution de dégraissage pour dissoudre le liant primaire. Les machines FFF en métal Markforged utilisent le Wash-1, une solution de déliantage à base de solvant. Il utilise principalement l'Opteon SF-79 comme solvant, un fluide haute performance conçu pour offrir un pouvoir nettoyant supérieur, une efficacité et une sécurité supérieures tout en respectant l'environnement.

Dans l'ensemble, le processus de déliantage pour le métal FFF est assez simple et ne nécessite que des EPI de base. Les étapes de l'utilisateur pour le processus de déliantage incluent :

• Ajout de pièces vertes à un panier de lavage
• L'abaisser dans la machine avec le solvant et fermer le couvercle
• Ouverture du couvercle après lavage et retrait des pièces du panier de lavage
• Placer les pièces dans une chambre de séchage à l'air dans la station de lavage
• Retrait des pièces de la station de lavage une fois les pièces séchées
  

Alors, qu'arrive-t-il à une pièce pendant le lavage ? Le bain de solvant de déliantage dissout le liant primaire dans la partie crue. Lorsqu'il dissout le matériau de liaison, le solvant ouvre des voies de fluide microscopiques dans la pièce, ce qui permet au solvant de s'écouler plus profondément et de se dissoudre davantage.

Étape 3 :Frittage

Le frittage est l'étape finale critique de ce processus de fabrication additive métallique.

Le frittage élimine les pièces « brunes » de l'étape de déliantage, brûlant le liant restant, puis frittant la pièce à une température proche de la fusion. Tout cela se fait dans une atmosphère précise et contrôlée. Le processus automatisé est extrêmement complexe et nécessite un contrôle précis d'un environnement à haute énergie.

Le processus de frittage comporte plusieurs étapes clés. Tout d'abord, la pièce est chauffée à une température intermédiaire pour brûler le matériau de liaison restant - qui sort de la pièce par les micro-voies créées pendant le processus de déliantage au solvant. Deuxièmement, la pièce est chauffée à la température de frittage où elle rétrécit de la plus grande taille « verte » ou « brune » à la taille finale de la pièce fonctionnelle imprimée en 3D. Les géométries solides fusionnent à plus de 95% de porosité tandis que le remplissage à cellules fermées reste. Le matériau d'interface en céramique se transforme en poussière, ce qui permet aux utilisateurs de séparer facilement la partie métallique imprimée en 3D du radeau et des supports.

L'utilisation d'un four de frittage nécessite les étapes suivantes :

• Ajout de pièces à la plaque de réglage

• Mise en place de la plaque de pose dans le four
• Fermer la porte du four
• Démarrage du processus de frittage
• Exécuter le processus jusqu'à son terme

Ressources gratuites pour l'impression 3D en métal

• Principes fondamentaux de l'impression 3D métal
• Livre électronique :Applications FFF en métal et exemples de cas
• Guide complet de Metal FFF