Frittage laser direct de métal (DMLS) : technologie d'impression 3D avancée pour pièces métalliques fonctionnelles

Le frittage laser direct de métal (DMLS) appartient à la catégorie de la fusion sur lit de poudre (PBF) de l'impression 3D et est similaire à la technologie SLS. Dans le DMLS, cependant, des poudres de métal sont utilisées au lieu de poudres de plastique pour créer des pièces métalliques qui peuvent être utilisées à la fois pour des prototypes fonctionnels et des pièces de production.

La technologie de frittage laser direct de métal est similaire à la technologie de fusion laser sélective (SLM), mais la différence entre les deux procédés est la température utilisée pour la fusion de la poudre de métal. Le SLM, comme son nom l'indique, chauffe la poudre de métal jusqu'à ce qu'elle fonde complètement en liquide. Le DMLS ne fond pas la poudre de métal mais fritte les particules de chaleur suffisamment pour que leurs surfaces se soudent ensemble. De toute façon, les deux termes (SLM et DMLS) sont souvent utilisés de manière interchangeable dans l'industrie de l'impression 3D.

Comment fonctionne le DMLS ?

Le processus de frittage laser direct de métal implique six étapes de base :

• Étape 1 – Le processus DMLS commence par le tranchage des données du fichier CAO 3D en couches uniques extrêmement fines, générant un modèle 2D pour chaque couche
• Étape 2 – La machine utilise un laser optique de haute puissance, à l'intérieur de la zone de la chambre de construction qui contient un gaz inerte
• Étape 3 – Il y a une plateforme de distribution de matériau et une plateforme de construction avec un rouleau utilisé pour déplacer la nouvelle poudre sur la plateforme de construction couche par couche
• Étape 4 – Lors de la dépose de la poudre sur la plateforme de construction, le laser commence son chemin pour cette couche, frittant sélectivement la poudre en solide. La séquence d'ajout de couche de poudre et de frittage se poursuit jusqu'à ce que toute la pièce soit faite
• Étape 5 – Après refroidissement, la poudre de métal lâche environnante est retirée de l'imprimante. Les étapes finales incluent le retrait des structures de support et d'autres post-processus
• Étape 6 – Les pièces DMLS peuvent être traitées comme des pièces métalliques produites par le travail des métaux conventionnel pour un traitement ultérieur. Cela peut inclure l'usinage, le traitement thermique ou la finition de surface.

Matériaux pour l'impression 3D DMLS

Parmi les matériaux les plus généralement utilisés pour le DMLS, Xometry offre :

• Aluminium : tel que AlSiMG
• Acier : tel que Tool Steel MS1, Acier inoxydable 17-4, Acier inoxydable 316L
• Inconel : tel que Inconel 718

Avantages de la technologie DMLS

En ce qui concerne le DMLS, ce sont les facteurs les plus importants qui le rendent unique :

Le DMLS permet des designs complexes

Un avantage principal du DMLS est la capacité de fabriquer des pièces qui ne peuvent pas être ou sont trop chères à fabriquer en utilisant les techniques de fabrication traditionnelles. Le plein potentiel du DMLS peut être vu lorsque les ingénieurs conçoivent des pièces avec des géométries complexes, telles que des caractéristiques de fixation intégrées, des canaux longs et étroits ou des structures en maille. Le DMLS facilite les assemblages tout-en-un qui réduisent le nombre de pièces, le temps d'assemblage et le taux d'échecs en combinant plusieurs pièces en un seul design.

Délai d'exécution rapide

Le processus conventionnel normal nécessite beaucoup de temps pour configurer l'outillage avant la fabrication, ce qui implique des gabarits et des fixations, alors qu'en DMLS, la pièce peut être imprimée à la demande sans aucune mise en route ou outillage, résultant en un délai plus court comparé à l'usinage CNC. La combinaison du délai réduit et du processus de prototypage efficace réduit le temps de rotation. C'est l'un des plus grands avantages du DMLS.

Le DMLS utilise des composants légers et durables

Les pièces fabriquées à partir de superalliages comme l'Inconel 718, l'AlSi10Mg et le Cobalt-chrome, sont connues pour être légères par rapport à leurs homologues usinés conventionnellement. Par exemple, les buses de carburant imprimées en 3D renommées de GE pour sa famille de moteurs LEAP étaient auparavant constituées de 20 pièces distinctes provenant de fournisseurs indépendants, mais l'utilisation du frittage laser direct de métal (DMLS) a abouti à un composant monobloc qui est 25 % plus léger et cinq fois plus résistant que les pièces originales.

Le DMLS permet moins de gaspillage

Les poudres de métal non touchées par le laser peuvent être recyclées et réutilisées. Le recyclage de la poudre entraîne également une réduction des prix. Le gaspillage produit est significativement moins comparé à un processus conventionnel comme le CNC où beaucoup de gaspillage est généré sous forme de copeaux produits suite à l'usinage d'un métal selon un design requis à partir d'un bloc de métal et qui sont très difficiles à recycler.

Considérations sur la technologie DMLS

Outre les avantages du DMLS, il y a quelques considérations. Le plus grand concurrent du DMLS serait les technologies d'usinage traditionnelles comme le CNC.

Le DMLS a besoin de structures de support

Puisque le DMLS appartient à la catégorie de la fusion sur lit de poudre, les structures de support sont inévitables et doivent être retirées à la fin avec l'aide du post-traitement. Pendant le post-traitement, la pièce métallique imprimée est traitée de manière similaire à une pièce métallique brute fabriquée conventionnellement, ce qui signifie que la pièce fabriquée par DMLS n'est pas prête à l'emploi et a besoin de travail.

Les pièces DMLS ont une finition de surface granuleuse

Les surfaces imprimées en DMLS ne seront pas aussi lisses que les surfaces avec l'usinage CNC, et il ne sera pas aussi facile de produire les textures de surface souhaitées. Si le post-traitement doit être fait pour améliorer la finition et l'esthétique, le coût augmente en conséquence.

Production en série coûteuse des pièces DMLS

La production de masse reste un facteur décisif énorme dans toutes les industries et c'est là que le DMLS prend du retard par rapport aux techniques traditionnelles et la vitesse à laquelle une imprimante 3D peut assembler un objet n'est pas à la hauteur de la chaîne d'assemblage conventionnelle. Donc, le DMLS est principalement recommandé pour une unité à un petit lot.

Sélection de matériaux limitée

Généralement, pour l'impression 3D métal, la sélection de matériaux est moindre, ce qui peut être un facteur limitant lorsque des matériaux spécifiques sont nécessaires pour la pièce requise et doit être pris en compte lors de la décision des propriétés techniques que vous voulez pour votre produit.

Volume de construction limité

Lorsque une grande taille de pièce est requise, il est toujours préférable d'opter pour l'usinage CNC. Par exemple, la taille standard de pièce recommandée avec le DMLS est jusqu'à 250 x 250 x 325 mm et pour l'usinage CNC, elle est jusqu'à 2000 x 800 x 1000 mm. La comparaison de taille montre clairement l'incapacité de l'impression 3D à fabriquer d'énormes pièces en raison de sa taille de lit de poudre limitée.

Retrait et répétabilité limitée

Avec le DMLS, il est très difficile de produire des pièces identiques en raison du processus naturel de retrait. Par exemple, une pièce imprimée pour la première fois et une pièce similaire imprimée pour la 10e fois auront au moins 2 % d'erreur dans la direction verticale (direction Z), entraînant un retrait. Les changements dimensionnels sont causés par une combinaison de trois sources : retrait thermique, retrait de frittage et expansion due à la chute des particules de métal pendant le frittage.

Services d'impression 3D DMLS de Xometry

Xometry Europe offre le service DMLS en ligne, pour des projets d'impression 3D à la demande. Avec un réseau de plus de 2 000 partenaires à travers l'Europe, Xometry peut livrer des pièces d'impression 3D DMLS en 3 à 5 jours. Téléchargez vos fichiers CAO sur le Xometry Instant Quoting Engine pour obtenir un devis instantané avec diverses options de fabrication disponibles pour l'impression 3D DMLS.