Fabrication par impression 3D de pièces métalliques en cire perdue vs DMLS
Le monde de la fabrication de prototypes en alliages métalliques et la fabrication en petites séries a beaucoup progressé grâce à la technologie d'impression 3D . Cependant, il existe certaines techniques traditionnelles qui n'ont pas disparu, mais ont évolué.
C'est le cas de la fabrication de cire perdue , une technique millénaire qui a évolué de devoir fabriquer une cire originale de manière plus ou moins artisanale, de réaliser des moules en cire légers et de pouvoir fabriquer des séries courtes, jusqu'à pouvoir enfin fabriquer des pièces dans des imprimantes 3D à résine, telles que Form 2 et la résine coulable, ou imprimantes 3D FDM imprimantes avec matériaux spécialisés pour la cire perdue (MoldLay) qui ont révolutionné le marché comme PolyCast, grâce à sa haute précision et son excellente finition de surface .
Vidéo 1 : Fabrication de pièces à la cire perdue à l'aide de PolyCast. Source : Polymaker
Revenant aux débuts de l'impression 3D, on retrouve le PLA, un matériau bon marché utilisé par presque toutes les imprimantes 3D, y compris les imprimantes domestiques, capable de fabriquer la pièce originale qui est ensuite insérée dans une masse de sable et de liant pour former un moule lorsqu'il est chauffé au four.
Il y a quelques années (2015), alors que cette technique n'était pas encore d'usage courant, ennomotive, une plateforme d'innovation avec une communauté mondiale d'ingénieurs, leur a demandé, à la demande d'un client, de proposer une solution innovante, plus rapide et moins chère, pour fabriquent leurs prototypes en titane alliages pour le monde de l'aviation, et si c'était possible, fabriquer également des séries courtes, entièrement fonctionnelles, sans le coût économique et le temps nécessaire au processus traditionnel de fabrication de moules métalliques pour l'injection ou le moulage de pièces.
A cette époque, un des ingénieurs de la communauté, originaire de la bande de Gaza, qui avait développé ses études d'ingénieur aux USA et dont le projet final avait été sur cette technique d'impression 3D en PLA et de fabrication avec la méthode du cire perdue l'a proposé comme solution. Il connaissait très bien ses vertus.
Le client, incrédule devant une solution qui lui a fait économiser des mois et plusieurs milliers d'euros , et qui n'a été utilisé ni proposé par aucun des milliers d'ingénieurs que comptait l'entreprise, a commenté :« La pièce ainsi fabriquée répond aux normes strictes de la réglementation aérienne ? » La réponse a été dévastatrice :« Oui, et il y a aussi ceux qui commencent à l'utiliser, et nous pouvons vous mettre en contact avec qui peut le fabriquer, il faudra encore 3 jours pour le transporter".
A cette époque, les imprimantes 3D pouvaient fabriquer des pièces métalliques , ils le faisaient encore avec seulement quelques alliages, ils n'obtenaient pas les finitions nécessaires, ni les mêmes spécifications techniques d'une pièce réalisée par moulage (et centrifugation, ou sous vide si nécessaire), à part être lent et coûteux .
Mais la technologie continue son évolution, et les propriétés techniques des pièces fabriquées se sont améliorées, ainsi que leur coût et le nombre d'alliages disponibles. Cependant, la technologie de la cire perdue est toujours pleinement en vigueur et évolue sur la base de l'impression 3D FDM, donc même si la technologie DMLS a beaucoup avancé , quelle serait désormais la recommandation des ingénieurs de la communauté s'ils redemandaient sur ennomotive.com ?
Et bien la réponse est que cela varie, et beaucoup, selon la pièce, les exigences techniques, dimensionnelles, les matériaux etc.., et il se pourrait bien qu'à l'évolution des méthodes de fabrication, certains ingénieurs recommandent :"Modifier le design" ou " Changer de matériaux", comme ils l'ont fait la première fois, en se demandant pourquoi cette pièce était fabriquée dans un alliage de titane et non dans un type de résine qui pourrait répondre aux spécifications techniques exigées.
C'est pourquoi il existe un certain nombre de recommandations lors du choix de la technologie de fabrication , mais c'est l'oeil expert de l'ingénieur concepteur, qui connait bien ces techniques (et oeil car elles s'améliorent chaque jour) ce qu'il est possible d'obtenir avec le meilleur rapport qualité/coût.
- À l'heure actuelle, les deux techniques obtiennent des finitions de surface très similaires , mettant en avant l'un ou l'autre selon la qualité du procédé et du matériau. Par exemple, il existe des imprimantes DMLS qui offrent une grande qualité de surface, mais il existe également des filaments pour l'impression 3D FDM (PolyCast) qui obtiennent une finition complètement lisse.
- Comme pour la finition de surface, avec la précision géométrique le débat est assez égal, il est vrai qu'avec la technologie DMLS , pièces finales avec une plus grande précision de 0.1mm±0.3% sont atteints.
- En ce qui concerne les tailles, gros morceaux peut être imprimé sur la cire perdue , de 2 m par exemple, alors qu'avec DMLS, ils sont généralement plus petits , bien qu'ils puissent ensuite être joints, atteignant la taille nécessaire.
- Où la cire perdue en profite, il est possible de choisir le matériau souhaité , sans limites, alors que le catalogue de matériaux pour DMLS, bien qu'en augmentation, est limité.
- En revanche, la technologie DMLS permet des formes géométriques plus complexes (par exemple, structures internes) et des parois plus fines, ce que ne permet pas la technologie à cire perdue, qui autorise des géométries complexes mais avec une limite.
- Le DMLS permet d'imprimer différents composants en même temps, intégrés dans la même pièce (bien que ce ne soit pas le cas).
- Mais si vous avez à tout prix vitesse et coût, ce qui est fondamental pour l'industrie, pour le moment c'est favorable à la cire perdue, c'est pourquoi elle est encore largement utilisée dans l'industrie aéronautique ; Bien que les progrès rapides de la technologie DMLS la rendent plus proche et que chaque jour est de plus en plus utilisée dans l'industrie.
Donc, dans le morceau mentionné ci-dessus , puisque sa géométrie n'était pas trop compliquée , et le matériau était un alliage spécial , pour la production de séries courtes, il opterait probablement à nouveau pour la cire perdue , surtout maintenant qu'il existe des matériaux pour l'impression 3D FDM comme le PolyCast, un filament développé exclusivement pour la fabrication par cire perdue. Bien qu'au moment où vous lisez cet article, les tableaux peuvent avoir changé. Allons-nous demander à nouveau à la communauté des ingénieurs ? Ou serons-nous au courant des dernières nouveautés en matière d'impression 3D ?
Le développement des matériaux et des technologies est si rapide qu'ils font qu'une solution acceptée comme valable aujourd'hui, sera obsolète en moins de 5 ans. Le rythme effréné des progrès de la fabrication additive est imparable.
Article en collaboration avec ennomotive.
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