Filaments Filamet™ métalliques : caractéristiques et directives de fabrication pour l'impression 3D FDM avancée

The Virtual Foundry est une entreprise américaine qui, après des années de recherche, a réussi à développer la gamme de filaments métalliques Filamet™. Ces filaments, par un post-traitement basé sur le frittage, permettent d'obtenir des pièces complètement métalliques.

Ainsi, The Virtual Foundry est devenu le pionnier et la référence maximale en impression 3D FDM métallique.

Que sont les filaments Filamet™ ?

Les filaments Filamet™ sont composés d'un métal de base et d'un polymère biodégradable et écologique (PLA). Ces filaments incluent de hauts pourcentages de particules métalliques dans leur composition. Cependant, en utilisant le PLA comme liant, ils sont extrêmement faciles à imprimer, car leurs propriétés d'impression sont similaires à celles du PLA, permettant à tout utilisateur d'une imprimante 3D FDM de créer des pièces avec ces filaments.

Vidéo 1 : Qu'est-ce que Filamet ?. Source : The Virtual Foundry.

La plupart des filaments métalliques du marché contiennent un pourcentage minimum de particules métalliques, environ 30% ; ils sont donc généralement développés à des fins décoratives uniquement. Cependant, les pièces imprimées avec les filaments Filamet™, une fois frittées, ont les propriétés du métal de base correspondant.

Un exemple serait le filament Filamet™ Cuivre : une pièce imprimée avec Filamet™ Cuivre n'aura pas de propriétés conductrices jusqu'à ce qu'elle ait été soumise au processus de frittage.

Image 1 : Cônes en Filamet™ d'acier haut carbone non fritté et fritté. Source : The Virtual Foundry.

Le résultat après le frittage de la pièce imprimée en 3D sera une pièce totalement métallique, quelque chose d'impensable jusqu'à présent dans l'impression 3D FDM. Ainsi, avec Filamet™, des propriétés similaires à celles possibles avec la technologie DMLS sont atteintes, mais avec certaines limitations.

En raison de la nécessité de fritter les pièces imprimées avec ce filament, où le PLA est éliminé, les pièces auront :

• Une certaine porosité
• Une perte de volume
• Une non-isotropie

Vidéo 2 : Densité des filaments Filamet. Source : The Virtual Foundry.

Actuellement, Filamet™ propose les filaments suivants :

• Acier inoxydable 316 L - 80 % particules métalliques + 20 % PLA
• Bronze - 80 % particules métalliques + 20 % PLA
• Cuivre - 90 % particules métalliques + 10 % PLA
• Aluminium 6061 - 65 % particules métalliques + 35 % PLA
• Acier haut carbone - 75 % particules métalliques + 25 % PLA
• Tungstène - 95% particules métalliques + 5% PLA

Filamet cuivre Filamet bronze Filamet acier inox 316L Filamet aluminium 6061

Caractéristiques de Filamet™

La densité des filaments Filamet™ est bien supérieure à celle du PLA standard, en raison de la haute teneur en particules métalliques et de la densité des métaux individuels impliqués.

Lors de l'impression avec les filaments Filamet™, il est recommandé d'utiliser une buse en acier trempé en raison du haut pourcentage de particules métalliques contenues dans les filaments. De plus, selon le matériau, une buse avec au moins 0,6 mm de diamètre de sortie doit être utilisée pour éviter le colmatage. Sauf pour le filament Filamet™ de Tungstène, qui permet l'utilisation d'une buse jusqu'à 0,3 mm de diamètre de sortie ; et le filament Filamet™ d'Acier Haut Carbone, qui nécessite l'utilisation d'une buse d'au moins 0,8 mm de diamètre de sortie.

Image 2 : Buse en laiton vs acier trempé. Source : E3D.

Une autre conséquence de la haute charge en particules métalliques de ces filaments est une plus grande fragilité du filament avant d'être fondu, car ils ont de très petits pourcentages de polymère liant dans leur composition. Cependant, grâce à la recherche et développement permanent menée par The Virtual Foundry, cette fragilité est de moins en moins présente dans ses filaments ; comme on peut le voir dans la vidéo suivante :

Vidéo 3 : Fragilité des filaments Filamet. Source : The Virtual Foundry.

Dans le processus d'impression des filaments Filamet™, il est très important que le filament soit le plus droit possible avant d'entrer dans l'extrudeur, mais ces filaments ont une certaine courbure due au bobinage. Pour résoudre cela, The Virtual Foundry a un Filawarmer, un dispositif formé par un cylindre qui chauffe le filament et un contrôleur de température.

Image 3 : Filawarmer placé à l'intérieur d'une bobine de filament. Source : The Virtual Foundry.

Ce dispositif doit être placé verticalement, à l'intérieur de la bobine, avec l'entrée aussi proche que possible de la bobine de filament et la sortie alignée avec le trou d'entrée de l'extrudeur. The Virtual Foundry recommande de suspendre le cylindre chauffant pour permettre à la bobine de tourner librement.

Vidéo 4 : Filawarmer. Source : The Virtual Foundry.

Au fur et à mesure que le matériau passe à travers le cylindre chauffant, il perd sa courbure et augmente sa flexibilité ; réduisant la résistance à la traction pour prévenir la casse et faciliter l'impression.

Lors de l'impression avec les filaments Filamet™, leur excellente adhérence au plateau doit être prise en compte. Celle-ci est telle qu'il est recommandé d'utiliser du ruban bleu (Blue Tape) pour éviter d'endommager le plateau d'impression lors du retrait des pièces imprimées.

Frittage de Filamet™

Une fois retirées du plateau d'impression, les pièces doivent être frittées pour obtenir une pièce entièrement métallique. Par ce processus, le PLA qui fait partie du filament est éliminé. Jusqu'à ce que ce processus soit effectué, les pièces n'auront pas les propriétés du métal de base qui compose le filament utilisé.

Vidéo 5 : FAQ Filamet. Source : The Virtual Foundry.

Le frittage est un processus de fabrication de pièces solides à partir d'un objet formé par de la poudre métallique compactée, auquel un traitement thermique est appliqué à une température inférieure à celle de fusion, mais suffisamment élevée pour lier les particules métalliques entre elles de manière résistante, résultant en un bloc totalement solide.

Le frittage peut être réalisé dans un four à atmosphère ouverte ou dans un environnement sous vide ou inerte. Dans notre article "Comment obtenir des pièces tout métal avec l'impression FDM", vous pouvez en savoir plus sur le frittage et les différents fours qui peuvent être utilisés pour ce processus.

Si vous n'avez pas de four répondant aux exigences pour fritter des pièces imprimées en 3D avec les filaments Filamet™, vous pouvez nous contacter et nous vous informerons sur la faisabilité et les conditions de frittage dans nos installations.

Post-traitement de Filamet™

Une fois la pièce imprimée avec le filament frittée avec le filament Filamet™, elle peut être post-traitée par ponçage et polissage des surfaces comme on le ferait avec une pièce métallique. Il est recommandé d'utiliser du papier de verre à l'eau pour réduire les lignes d'impression et autres petites déformations, et d'utiliser un papier de verre à grain de plus en plus fin à chaque fois.

Finalement, vous pouvez utiliser un outil rotatif avec un disque de polissage et appliquer de la pâte à polir pour obtenir la brillance désirée. Selon le métal de base du filament, les pièces résultant du frittage peuvent être rectifiées, lissées à la chaleur et même soudées.

Les filaments Filamet™ de The Virtual Foundry permettent, pour la première fois, de fabriquer des pièces complètement métalliques par impression 3D FDM, nécessitant un post-traitement relativement simple.

C'est une avancée très importante et utile pour différents secteurs de l'industrie : fabricants d'imprimantes 3D, innovation biomédicale, développement de moteurs à réaction, blindage radiatif, exploration spatiale, énergie nucléaire, dentaire, artistes ou design de mode.