Comprendre l'impression 3D sur métal :supports en poudre, événements à haute énergie

Média en poudre

Les supports d'impression 3D en métal contiennent généralement de la poudre de métal, brute ou comme base. Bien que quelques technologies utilisent une charge d'alimentation en fil métallique, celles-ci sont l'exception et non la norme.

Pourquoi faire imprimantes 3D métal utilise généralement de la poudre ? La fabrication additive implique le dépôt de matière de manière précise. Les filaments en plastique peuvent être facilement chauffés et extrudés à travers une buse, contrairement au filament d'imprimante 3D en métal.

Cependant, la plupart des métaux ont des températures de fusion élevées, ce qui rend l'extrusion impossible. Comme peu de matériaux peuvent survivre à un contact prolongé avec du métal en fusion, l'équipement serait presque impossible à fabriquer.

Alors que les imprimantes à fil métallique reposent sur le soudage à l'arc électrique pour former des pièces fonctionnelles, le processus de soudage peut produire des surfaces brutes qui ne sont utilisables qu'après usinage. Les gradients thermiques générés pendant le processus de soudage peuvent également introduire des niveaux élevés de contrainte interne, entraînant un gauchissement important.

Les processus à base de métal en poudre, d'autre part, protègent les composants précieux de l'imprimante 3D de l'exposition au métal en fusion. Cela peut fonctionner de l'une des deux manières suivantes :faire en sorte que l'imprimante 3D applique une énergie extrêmement localisée avec un laser - ou, en faisant utiliser l'imprimante 3D elle-même un processus à faible énergie, avec un frittage à haute énergie effectué ensuite dans des fours.

Frittage transforme une pièce légèrement liée en une pièce entièrement métallique. Pour ce faire, la température est augmentée lentement pour brûler les traces de matériau de liaison restant. À mesure que la température augmente plus près du point de fusion du matériau, les particules métalliques fusionnent pour créer une pièce métallique solide.

Poudre libre contre poudre liée. Bien que l'utilisation de poudre libre soit courante dans les imprimantes 3D industrielles métalliques, ces poudres posent des problèmes de sécurité et de manipulation importants. En raison de l'inflammabilité élevée et du risque respiratoire, la poudre libre ne doit être manipulée que dans des environnements contrôlés avec un équipement de protection individuelle (EPI).

La poudre liée, une technologie utilisée dans le métal FFF, est plus sûre et moins inflammable que la poudre libre. Contrairement à la poudre libre, il ne nécessite pas d'EPI spécialisé ou de salles dédiées pour se déployer. Cependant, les solutions de poudre liées nécessitent des étapes supplémentaires pour éliminer le matériau de liaison et fritter le support d'impression métallique en pièces entièrement métalliques.

Événements à haute énergie

Dans la fabrication additive métallique, les imprimantes 3D modifient la phase chimique du support d'impression à un moment donné du processus. Contrairement aux plastiques qui ont des températures de fusion relativement basses entre 200C et 400C, les métaux ont des points de fusion compris entre 1100 et 1400C.

Avec des points de fusion aussi élevés, toute technologie d'impression 3D métallique doit inclure un processus à haute énergie à un moment donné du processus d'impression. Un procédé à haute énergie existe dans tous les procédés d'impression 3D métal. Cependant, les techniques individuelles peuvent varier selon le moment et la manière dont elles l'appliquent :

Pendant l'impression, comme moyen de former la pièce. Certains procédés d'impression fabriquent des pièces en les fusionnant métalliquement, généralement avec un laser. Ce type de processus à haute énergie est précis et isolé :il n'atteint que la section spécifique d'une pièce en cours d'impression.

En raison de ce type de processus isolé à haute énergie, de nombreuses pièces seront imprimées avec des contraintes internes qui doivent ensuite être durcies thermiquement.

Après l'impression, comme moyen de fusionner métalliquement une pièce déjà formée . Pour ces procédés, la pièce est formée à l'aide d'un procédé à faible énergie, puis fondue métalliquement après impression à l'aide d'un four de frittage à haute énergie. Ce processus fonctionne à la fois pour les machines à poudre libre et à base de poudre liée. Bien que les pièces fabriquées par ce processus n'aient généralement pas de contraintes internes, elles nécessitent une étape de frittage supplémentaire dans le processus d'impression 3D en métal.

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