Explorez les 7 technologies clés de fabrication additive

La fabrication additive fait référence au processus de création d'une pièce en la construisant progressivement via l'ajout de matière. Ce matériau peut être du métal, de la céramique, du plastique, du photopolymère, ou encore de la nourriture ! L'ISO/ASTM a classé tous les différents types de technologies de fabrication additive en sept catégories.

Cet article décrit le fonctionnement de chacun de ces types de processus de fabrication additive, ainsi que leurs utilisations, avantages et différences.

1. Jet de liant

Pièce en acier inoxydable réalisée par Xometry via Binder jetting.

Le Binder Jetting est une technologie de fabrication additive basée sur un lit de poudre qui crée des pièces en déposant sélectivement un liant sur une fine couche de matériau en poudre. Le processus commence lorsque l'imprimante dépose une couche uniforme de poudre, généralement du plastique, du métal, du sable ou de la céramique, sur la plateforme de fabrication. Une lame de recouvrement est utilisée pour garantir qu'une couche précise de poudre est répartie sur la plateforme de fabrication. Cela se fait généralement par la lame de recouvrement, qui transfère le matériau depuis un bac de stockage de poudre situé à côté de la zone d'impression. Le matériau dans le bac de stockage est soulevé et la lame de recouvrement balaye la poudre du bac de stockage à travers la plate-forme de fabrication à la hauteur de couche requise. Ensuite, une tête à jet d'encre se déplace sur la poudre et distribue un liant sur la poudre sous la forme de la section transversale de la couche actuelle. Pour les pièces en plastique pleine couleur, le liant contient également un colorant pour créer des pièces multicolores.

Le lit d'impression descend ensuite d'une hauteur de couche. La lame de recouvrement distribue une autre couche de poudre par-dessus la précédente et le processus continue. Lors du jet de liant sur des métaux, la pièce doit être frittée après impression pour éliminer la porosité et améliorer la résistance mécanique. Alternativement, une poudre métallique à basse température de fusion comme le bronze peut être mélangée au matériau principal. Lorsque la pièce imprimée est chauffée, le bronze fondra et remplira les espaces entre les particules de poudre d'alliage métallique primaire.

Le tableau 1 ci-dessous présente les matériaux, applications et avantages typiques du jet de liant :

Tableau 1. Résumé du jet de liant

Matériaux Applications Avantages

Matériaux

• Sable
• Plastiques (PMMA, ABS, PA, PC)
• Céramique
• Métal (acier inoxydable, alliages de titane)

Applications

• Moules de moulage en sable
• Prototypes multicolores
• Pièces métalliques bon marché par rapport aux autres procédés d'impression sur métal

Avantages

• Grands volumes de build
• Pièces multicolores
• Aucun support requis
• La poudre non utilisée est recyclable
• Plus de plastiques disponibles

2. Fusion sur lit de poudre (PBF)

La fusion sur lit de poudre (PBF) fait référence à une gamme de technologies de fabrication additive qui fusionnent des poudres à l’aide d’une source d’énergie ciblée de haute puissance. La source d'énergie peut être un laser (SLM ou DMLS) ou un faisceau d'électrons (EBM). Les poudres métalliques et plastiques peuvent être utilisées avec le PBF. Le processus fonctionne en plaçant d'abord une fine couche de poudre (souvent préchauffée) sur la plate-forme de fabrication. Ceci est réalisé avec une lame de recouvrement pour assurer la cohérence de la hauteur de la couche. Un faisceau d'énergie focalisé fait ensuite fondre les particules de poudre pour former la couche transversale actuelle de la pièce. La plate-forme de construction descend ensuite d'une couche. Une autre couche de poudre est ajoutée et le processus se répète.

Des faisceaux d'énergie de plus grande puissance sont nécessaires pour les métaux, et une atmosphère inerte est requise pour l'impression DMLS et SLM. Pour EBM, le volume de construction doit être maintenu sous vide. Les machines PBF peuvent imprimer rapidement, en particulier si des imprimantes multifaisceaux sont utilisées. EMB utilise un seul faisceau, mais le faisceau peut être redirigé extrêmement rapidement, simulant ainsi la fonctionnalité multifaisceau.

Le tableau 2 ci-dessous présente les matériaux typiques, les applications et les avantages de la fusion sur lit de poudre :

Tableau 2. Résumé de la fusion sur lit de poudre

Matériaux Applications Avantages

Matériaux

• Métal (aluminium, titane, cuivre, cobalt-chrome, etc.)
• Nylon
• Céramique

Applications

Pièces métalliques fonctionnelles telles que les aubes de turbine, les chambres de combustion des moteurs-fusées et les échangeurs de chaleur

Avantages

• La poudre inutilisée peut être recyclée
• Large gamme d'options métalliques

3. Dépôt d'énergie dirigé

Le dépôt d'énergie dirigée (DED) est un procédé de matériau additif utilisé exclusivement avec des métaux. Il est souvent utilisé pour réparer des pièces métalliques existantes. Cette capacité de réparation est possible car le DED peut imprimer selon cinq axes de mouvement, contrairement aux autres processus d'impression, qui sont limités à trois. Une imprimante DED peut manœuvrer autour de pièces existantes avec des géométries complexes.

Ce type de fabrication additive ne se limite pas aux réparations, mais peut également imprimer des pièces neuves. Le DED fonctionne en dirigeant soit une poudre, soit un fil métallique vers la buse d'impression. Un laser ou un faisceau d'électrons fait ensuite fondre le matériau et le fusionne avec le matériau de base. Tout métal soudable peut être fabriqué ou réparé avec DED. Comme pour les procédés de soudage, un gaz de protection (faisceau laser) ou un vide (faisceau d'électrons) est nécessaire pour l'impression DED. Le gaz ne couvrira que la zone qui est activement fondue par le faisceau. Alternativement, tout le volume de construction peut être saturé d'un gaz inerte, ce qui nécessite un volume de construction hermétiquement fermé.

Le tableau 3 ci-dessous présente les matériaux, applications et avantages typiques du DED :

Tableau 3. Résumé des dépôts d'énergie dirigés

Matériaux Applications Avantages

Matériaux

Métaux (cobalt-chrome, titane, Inconel, tantale, niobium, aciers inoxydables)

Applications

• Réparation de pièces
• Composants aérospatiaux avancés

Avantages

• Peut imprimer de grandes pièces (1 000 mm3)
• Peut réparer les pièces existantes
• Peut imprimer une large gamme de métaux et d'alliages

4. Jet de matériaux

Une pièce en couleur avec une finition polie et transparente, réalisée à l'aide du service PolyJet de Xometry.

Le jet de matériau utilise une série de buses à jet d'encre pour déposer du matériau sur une plate-forme de construction, créant ainsi une pièce. Ce procédé nécessite l'utilisation de photopolymères comme matières premières. Cela fonctionne en déposant d’abord une couche de photopolymère sur la plateforme de construction. Ensuite, une source de lumière UV se déplace sur le photopolymère pour le durcir. La plateforme de construction descend ensuite et le processus est répété.

Étant donné que le durcissement du matériau imprimé à la lumière UV fait partie intégrante de ce processus de fabrication additive, seuls les plastiques, dont beaucoup sont des photopolymères, peuvent être imprimés par projection de matériau. Des structures de support sont nécessaires pour imprimer avec succès les pièces par projection de matériau.

Le tableau 4 ci-dessous présente les matériaux typiques, les applications et les avantages du jet de matériaux :

Tableau 4. Résumé du jet de matériau

Matériaux Applications Avantages

Matériaux

• Résines photopolymères
• Matériaux numériques (photopolymères composites)
• Cire

Applications

• Prototypes de produits fonctionnels
• Modèles anatomiques en couleur

Avantages

• Très peu de déchets
• Des pièces multi-matériaux et multicolores sont possibles
• Processus ultra-rapide
• Haute résolution

5. Stratification de feuille

Le laminage de feuilles est un processus de fabrication additive en couches qui permet de fabriquer des pièces en empilant et en liant des feuilles de matériau, plutôt qu'en déposant ou en fusionnant des poudres ou des liquides. Il peut être utilisé avec une gamme de matériaux, notamment le papier, les feuilles de polymère, les composites et certains métaux. Bien que le processus produise généralement des pièces à faible résolution, il offre une vitesse de production élevée et un faible coût, ce qui le rend avantageux pour certaines applications de prototypage et industrielles. 

Le processus fonctionne en déposant séquentiellement des feuilles minces, chacune étant coupée pour correspondre à la section transversale de la pièce au niveau de cette couche. Ces feuilles sont ensuite collées à la couche précédente selon diverses techniques selon le matériau. Dans certains systèmes, un laser ou un couteau découpe la géométrie de la pièce dans la tôle avant ou après le collage. L'excédent de matière autour de la pièce peut être retiré pendant ou après la construction. 

Les tôles sont généralement liées à l'aide d'une fabrication additive par ultrasons (UAM), qui applique des vibrations ultrasoniques sous pression pour fusionner les couches métalliques sans fondre. Les feuilles de plastique sont généralement liées par chaleur et pression, soit thermiquement, soit avec des adhésifs. Les composites (par exemple, fibres d'aramide, fibres de verre ou couches renforcées de fibres de carbone) et le papier sont généralement laminés à l'aide d'adhésifs et de compression. Le laminage de feuilles est également utilisé pour créer des pièces de forme presque nette, qui peuvent ensuite être usinées ou post-traitées à l'aide de CNC ou d'autres techniques soustractives pour obtenir des tolérances et des finitions de surface plus strictes.

Le tableau 5 ci-dessous présente les matériaux, applications et avantages typiques du laminage de feuilles :

Tableau 5. Résumé du laminage des feuilles

Matériaux Applications Avantages

Matériaux

• Papier
• Céramique
• Composites en fibre de carbone
• Métal (aluminium, cuivre, acier inoxydable, titane)

Applications

• Prototypes en couleur
• Parties de forme presque nettes

Avantages

• Faible coût
• Haute vitesse
• Pièces en couleur

6. Extrusion de matériaux

Gros plan d'une pièce imprimée FDM réalisée par Xometry.

L’extrusion de matériaux est l’un des types de fabrication additive les plus connus, principalement en raison de son adoption par le marché de consommation. L'extrusion de matériaux est souvent appelée FDM (Fused Deposition Modeling) ou FFF (Fused Filament Fabrication). Le processus fonctionne en dirigeant un filament en plastique depuis une bobine d'alimentation, en le faisant passer à travers une chambre chauffée, puis hors d'une buse d'impression. Lorsque le matériau sort de la buse, il est déposé sous la forme de la section transversale actuelle de la pièce sur la plateforme de fabrication. Une fois qu'une couche est terminée, les têtes d'impression remontent d'une épaisseur de couche. Le processus est répété jusqu'à ce que la pièce soit terminée.

Les thermoplastiques et les thermoplastiques chargés sont les matières premières les plus couramment utilisées avec cette technologie. Cependant, des matériaux à matrice poudre métallique/polymère peuvent être utilisés pour créer des pièces métalliques. Ils doivent être post-traités dans un four pour développer leurs propriétés mécaniques finales.

Le tableau 6 ci-dessous présente les matériaux typiques, les applications et les avantages de l'extrusion de matériaux :

Tableau 6. Résumé de l'extrusion de matériaux

Matériaux Applications Avantages

Matériaux

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• Nylon
• ULTEM

Applications

• Gabarits d'assemblage
• Prototypes fonctionnels
• Composants à faible volume de production

Avantages

• Faible coût
• Facile à utiliser
• Vrais thermoplastiques

7. Photopolymérisation TVA

La photopolymérisation TVA est un processus de fabrication additive qui crée des pièces en durcissant sélectivement une résine photopolymère liquide à l'aide d'une source de lumière. Les deux principales technologies de cette catégorie sont :

• SLA (stéréolithographie) :utilise un laser UV pour tracer et solidifier la section transversale de la pièce couche par couche.
• DLP (Digital Light Processing) :utilise un projecteur numérique pour faire clignoter une couche entière à la fois, durcissant ainsi la résine simultanément sur toute la couche.

Les deux processus impliquent une cuve de résine photopolymère liquide. La plateforme de construction commence juste sous la surface de la résine. En SLA, un faisceau laser balaie la surface de la résine pour solidifier la forme souhaitée de la couche actuelle. En DLP, un projecteur de lumière fait clignoter l’intégralité de l’image du calque en une seule exposition. Une fois qu'une couche est durcie, la plate-forme de construction se déplace verticalement (généralement vers le haut), permettant à la résine non durcie de s'écouler sous la pièce, et la couche suivante est durcie au-dessus de la précédente. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que la pièce soit complètement formée. Étant donné que la pièce émerge progressivement de la cuve, il semble que la plateforme de fabrication retire l'objet de la résine liquide.

Le tableau 7 ci-dessous montre les matériaux typiques, les applications et les avantages de la photopolymérisation TVA :

Tableau 7. Résumé de la photopolymérisation de la TVA

Matériaux Applications Avantages

Matériaux

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• PA
• ABS chargé en fibre de carbone
• PEEK

Applications

• Prototypes visuels/maquettes
• Modèles de bijoux pour créer des moules

Avantages

• Haute vitesse
• Des détails très fins sont possibles

Qu'est-ce que la fabrication additive ?

La fabrication additive fait référence au processus additif de création d’une pièce en la construisant une couche à la fois. Cela contraste avec la fabrication soustractive, qui commence avec un bloc de matériau solide et supprime tout excès pour créer une pièce. L'usinage CNC est un exemple de fabrication soustractive.

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur la fabrication additive.

La fabrication additive représente un tournant dans la production, avec sept processus principaux :le jet de liant, la fusion sur lit de poudre, le dépôt d'énergie dirigée, le jet de matériau, le laminage de feuilles, l'extrusion de matériaux et la photopolymérisation en cuve. Chaque processus offre ses propres atouts, que ce soit en termes de précision, d'échelle, de vitesse ou de polyvalence des matériaux. Ce qui ressort, c'est le passage de l'enlèvement inutile de matériaux à une création contrôlée, couche par couche, ouvrant des possibilités allant de la réparation de pièces aérospatiales vitales à l'impression de prototypes détaillés et de composants fonctionnels. La technologie ne se présente pas comme une solution unique, mais comme une boîte à outils, où le processus approprié peut être adapté au bon défi, rendant la fabrication plus efficace, adaptable et innovante.

Questions fréquemment posées sur les types de fabrication additive

Quel est le type de fabrication additive le plus fréquemment utilisé ?

Les types de fabrication additive les plus fréquemment utilisés sont :l’extrusion de matériaux (FDM/FFF), le laminage de feuilles, la polymérisation TVA et la fusion sur lit de poudre (PBF). Il convient de noter que le degré d'adoption de chaque technologie de fabrication additive varie en fonction de l'industrie dans laquelle elle est utilisée. Par exemple, l'industrie aérospatiale fait un usage intensif du DED et de la fusion sur lit de poudre.

Quelle organisation catégorise les processus de fabrication additive ?

ASTM International et ISO sont conjointement responsables de la catégorisation des processus de fabrication additive. L'ASTM et l'ISO ont créé les sept catégories décrites dans cet article.

Comment les processus de fabrication additive sont-ils classés ?

Les processus de fabrication additive sont classés selon la norme ISO/ASTM 52900, la norme internationale qui définit les termes et catégories clés de la fabrication additive. Il organise les technologies en sept types de processus, en fonction de la façon dont les couches sont formées et les matériaux sont liés. Ces catégories incluent des méthodes telles que l’extrusion de matériaux, la photopolymérisation en cuve et la fusion sur lit de poudre, entre autres. Cette classification permet de garantir la cohérence entre les secteurs et les applications.

L'impression 3D est-elle un exemple de fabrication additive ?

Oui, l’impression 3D est une forme de fabrication additive. En fait, il s’agit de l’exemple le plus connu et le plus couramment utilisé. Le terme « impression 3D » est souvent utilisé de manière informelle pour désigner tous les processus de fabrication additive, qui impliquent de construire des objets couche par couche à partir de modèles numériques.

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur l'impression 3D et la fabrication additive.

Résumé

Cet article a passé en revue 7 types différents de procédés de fabrication additive et a décrit leur fonctionnement, leurs avantages et leurs inconvénients. Pour en savoir plus sur les différents types de fabrication additive et sur la manière dont chacun peut être le mieux adapté à votre application spécifique, contactez un expert Xometry dès aujourd'hui.

Xometry offre une large gamme de capacités de fabrication, notamment l'impression 3D et des services à valeur ajoutée pour tous vos besoins de prototypage et de production. Visitez notre site Web pour en savoir plus ou pour demander un devis gratuit et sans engagement.

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Dean McClements

Dean McClements est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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