Comparaison Production Métal Imprimée 3D : Cire Perdue vs Fusion Laser Directe sur Métal (DMLS)

Le monde de la fabrication de prototypes en alliages métalliques et de la fabrication de petites séries a beaucoup progressé grâce à la technologie d'impression 3D. Cependant, il y a certaines techniques traditionnelles qui n'ont pas disparu, mais ont évolué.

C'est le cas de la fabrication à la cire perdue, une technique millénaire qui a évolué depuis la nécessité de faire une cire originale de manière plus ou moins artisanale, pour faire des moules en cire légère et pouvoir fabriquer de courtes séries, jusqu'à finalement pouvoir fabriquer des pièces sur des imprimantes 3D à résine, comme la Form 2 et la résine Calcinable, ou des imprimantes 3D FDM avec des matériaux spécialisés pour la cire perdue (MoldLay) qui ont révolutionné le marché comme PolyCast, grâce à sa haute précision et excellente finition de surface.

Vidéo 1 : Fabrication de pièces par cire perdue en utilisant PolyCast. Source : Polymaker

En revenant aux débuts de l'impression 3D, nous trouvons 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 liant pour former un moule quand elle est chauffée au four.

Il y a quelques années (2015), quand cette technique n'était pas encore en 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 fabriquer leurs prototypes en alliages de titane pour le monde de l'aviation, et si c'était possible, aussi fabriquer de courtes séries, pleinement fonctionnelles, sans le coût économique et le temps qu'implique le processus traditionnel de fabrication de moules métalliques pour l'injection ou la coulée de pièces.

À ce moment-là, l'un des ingénieurs de la communauté, de la bande de Gaza, qui avait développé ses études d'ingénierie aux USA et dont le projet final avait été sur cette technique d'impression 3D en PLA et fabrication par la méthode de la cire perdue l'a proposée comme solution. Il connaissait bien ses vertus.

Le client, incrédule face à une solution qui lui faisait économiser des mois et des milliers d'euros, et qui n'était pas utilisée ou proposée par aucun des milliers d'ingénieurs que l'entreprise avait, a commenté : « La pièce ainsi fabriquée respecte-t-elle les normes strictes de la réglementation aérienne ? » La réponse a été dévastatrice : « Oui, et il y en a aussi qui commencent à l'utiliser, et on peut vous mettre en contact avec qui peut la faire, cela prendra 3 jours de plus pour le transport ».

À ce moment, les imprimantes 3D qui pouvaient faire des pièces métalliques, le faisaient encore avec seulement quelques alliages, n'obtenaient pas les finitions nécessaires, ni les mêmes spécifications techniques qu'une pièce faite par moulage (et centrifugation, ou vide si nécessaire), en plus d'être lentes et chères.

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 encore pleinement en vigueur et évolue basée sur l'impression 3D FDM, donc bien que la technologie DMLS ait beaucoup progressé, quelle serait maintenant la recommandation des ingénieurs de la communauté s'ils devaient à nouveau demander sur ennomotive.com ?

Eh bien, la réponse est que cela varie, et beaucoup, selon la pièce, exigences techniques, dimensionnelles, matériaux, etc., et il pourrait bien arriver que 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 demandant pourquoi cette pièce était faite en alliage de titane et pas en quelque type de résine qui pourrait répondre aux spécifications techniques demandées.

C'est pourquoi il y a un certain nombre de recommandations lors du choix de la technologie de fabrication, mais c'est l'œil expert de l'ingénieur concepteur, qui connaît bien ces techniques (et attention car elles s'améliorent chaque jour) qui peut obtenir la meilleure combinaison qualité/coût.

• À l'heure actuelle, les deux techniques obtiennent des finitions de surface très similaires, l'une ou l'autre se démarquant selon la qualité du processus et du matériau. Par exemple, il y a des imprimantes DMLS qui offrent une grande qualité de surface mais il y a aussi 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 équilibré, il étant vrai qu'avec la technologie DMLS, on obtient des pièces finales avec une plus grande précision de 0,1 mm ± 0,3 %.
• Quant aux tailles, de grandes pièces peuvent être imprimées en cire perdue, de 2 m par exemple, tandis qu'avec le DMLS elles sont généralement plus petites, bien qu'elles puissent être assemblées ensuite, atteignant la taille nécessaire.
• Où la cire perdue prend l'avantage, c'est qu'il est possible de choisir le matériau souhaité, sans limites, tandis 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 de cire perdue, qui permet 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 avant tout la vitesse et le 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 le progrès rapide de la technologie DMLS la rende plus proche et que chaque jour elle soit plus utilisée dans l'industrie.

Donc pour la pièce mentionnée ci-dessus, puisque sa géométrie n'était pas trop compliquée, et que le matériau était un alliage spécial, pour la production de courtes séries, on opterait probablement à nouveau pour la cire perdue, surtout maintenant qu'il y a des matériaux pour l'impression 3D FDM comme le PolyCast, un filament développé exclusivement pour la fabrication par cire perdue. Bien que d'ici le moment où vous lirez cet article, les tables aient pu changer. Re-demanderons-nous à la communauté d'ingénieurs ? Ou serons-nous au courant des dernières nouveautés en impression 3D ?

Le développement des matériaux et technologies est si rapide qu'il fait qu'une solution acceptée comme valide aujourd'hui, soit dépassée dans moins de 5 ans. Le rythme frénétique des avancées en fabrication additive est imparable.

Article en collaboration avec ennomotive.