Top 4 des matériaux métalliques pour l’impression 3D haute performance

1. Acier inoxydable

L’acier inoxydable est largement connu pour sa capacité à résister à la corrosion, sa haute résistance et son excellent aspect esthétique. Les pièces imprimées en acier inoxydable peuvent avoir une résistance identique, voire supérieure, à celle des pièces créées à l'aide de méthodes de fabrication traditionnelles. La résistance, la dureté et d’autres propriétés de l’acier inoxydable imprimé en 3D dépendent principalement de la technologie spécifique utilisée pour imprimer la pièce. 

Les pièces imprimées en acier inoxydable ont trouvé des applications dans de nombreux secteurs, notamment l'aérospatiale, l'automobile, la quincaillerie militaire et le médical. Par rapport à d'autres matériaux d'impression 3D métalliques, les pièces en acier inoxydable peuvent être fabriquées avec les surfaces les plus lisses grâce à l'ajout de chrome.

La poudre d'acier inoxydable utilisée pour l'impression 3D est disponible dans une variété de qualités et d'alliages, notamment 316L, 304L, 630, 410, 420, 254, 17-4 PH, 15-5PH, PH1 et GP1. Parmi ceux-ci, le 316L est le grade le plus couramment utilisé dans l’impression 3D métal. Il a une composition de 66 à 70 % de fer enrichi de 16 à 18 % de chrome, 11 à 14 % de nickel, 2 à 3 % de molybdène et moins de 0,03 % de carbone. Ce matériau d’impression 3D est connu pour sa ductilité et sa bonne résistance à la corrosion. 

2. Aciers à outils

Les aciers à outils sont une famille d'alliages à base de fer contenant des niveaux relativement élevés de carbone, qui forment des carbures avec d'autres éléments d'alliage, notamment le tungstène, le chrome, le vanadium et le molybdène. Les aciers à outils offrent une excellente combinaison de résistance à haute température, de dureté et de résistance à l'usure. Ces aciers sont couramment utilisés dans la production de moules, de poinçons et d'outils de coupe dans plusieurs industries. Les outils sont utilisés pour fabriquer des géométries utilisées dans d'autres processus de fabrication de produits, notamment l'extrusion, la découpe, le moulage, le moulage par injection, l'estampage et l'assemblage de composants. Les options d'acier à outils suivantes sont disponibles pour l'impression 3D métal :D2, M2, H13, H11, MS1 et 1.2709.

3. Titane

Le titane est le métal le plus utilisé dans l’industrie de la fabrication additive. Il est largement utilisé dans les industries médicale, aérospatiale, automobile et électronique, entre autres. Le titane et ses alliages ont une résistance mécanique élevée. Ils offrent également une meilleure résistance à la corrosion que l'acier inoxydable.

Les options de matériaux en titane suivantes sont disponibles pour l'impression 3D métal :Ti-6Al-4V, Beta 21S, Cp-Ti (titane commercialement pur) et TA15. 

Qu'est-ce que l'impression 3D métal ?

L'impression 3D métal est une méthode de création de pièces ou de produits métalliques qui adapte les principes généraux et les méthodes de fabrication additive et les applique aux métaux en poudre. L'impression 3D implique toujours la construction d'une pièce à l'aide de poudre ou de fil de filament, couche par couche, sous contrôle informatique.

Il existe plusieurs façons d’assembler les couches successives de poudre métallique pour former la forme finale. Ils peuvent être fondus par un laser ou un faisceau d'électrons, pulvérisés avec un liant (jet de liant) ou directement imprimés sous forme de gouttelettes fondues chauffées à partir de filaments métalliques à l'aide d'imprimantes à dépôt d'énergie directe (DED) ou à modélisation par dépôt par fusion (FDM).

Quels métaux pouvez-vous imprimer en 3D ?

L’impression 3D métal peut être réalisée à l’aide d’une large gamme de poudres métalliques. Ceux-ci incluent, sans s'y limiter, l'acier, l'aluminium, l'acier inoxydable, le cuivre, le cobalt, le tungstène, le titane et les alliages à base de nickel. Les métaux précieux comme le platine, l’or, le palladium et l’argent peuvent également être utilisés dans l’impression 3D.  

Comment fonctionne l'impression 3D métallique ? 

Les principes de fonctionnement d’une méthode d’impression 3D métal dépendent du matériau utilisé, qu’il s’agisse d’une poudre, d’un filament ou d’un fil. Parmi ces trois options, l’impression à la poudre est la méthode la plus courante. 

Avec l'impression 3D de poudre métallique, la poudre métallique de la première couche est étalée par la coucheuse en poudre, ou recouvreuse, sur le sol de la plate-forme de construction. Un laser ou un faisceau d'électrons de haute puissance est ensuite utilisé pour lier sélectivement le matériau lors du balayage de la poudre. Cela crée une couche solide de l'objet. La plate-forme est ensuite déplacée vers le bas de 50 à 200 microns tandis qu'une autre couche uniforme de poudre métallique est répartie sur la couche précédente et le processus est répété. 

Les fils métalliques, en revanche, constituent la matière première la plus abordable pour l’impression 3D métallique. Le fil est fondu avec un arc plasma, un laser ou un faisceau d'électrons. Le dépôt direct d'énergie (DED) est un exemple de méthode d'impression 3D qui utilise des fils métalliques pour produire des pièces. Il est principalement utilisé pour les réparations ou pour ajouter des fonctionnalités aux pièces métalliques existantes.

Les filaments métalliques ne sont que de fins fils de plastique imprégnés de particules métalliques. Ce choix de matière première est logique lors de l’utilisation d’imprimantes Fused Deposition Modeling (FDM). FDM fonctionne en extrudant le filament chauffé à travers une buse sur la plate-forme de fabrication pour créer une pièce. Après l'impression, la pièce est placée sur une station de déliantage pour faire fondre le plastique à l'aide d'un solvant, puis envoyée dans un four de frittage pour fusionner les particules métalliques en une pièce métallique solide. 

Comment sélectionner les meilleurs matériaux pour l'impression 3D métallique 

Pour sélectionner les meilleurs matériaux d'impression 3D métal pour votre projet, suivez les étapes ci-dessous :

1. Définir les exigences de performances de la pièce à produire. Les exigences peuvent inclure à la fois les conditions environnementales auxquelles la pièce sera exposée ainsi que les contraintes mécaniques attendues en état de fonctionnement.
2. Comparez les exigences de performances aux spécifications des matériaux. Cela signifie vérifier les propriétés du matériau pour garantir qu'il satisfera aux exigences d'utilisation finale et aux conditions de fonctionnement. Par exemple, avez-vous besoin d'un matériau ayant une bonne résistance mécanique ou une bonne résistance à la corrosion ?
3. Choisissez le matériau qui correspond le mieux aux performances et aux exigences en matière de pièces attendues afin qu'il assure un fonctionnement fiable et une bonne durée de vie.

Résumé

L'article passe en revue les quatre (4) meilleurs matériaux à utiliser pour l'impression 3D métallique de pièces et de produits. Pour en savoir plus sur les matériaux d’impression 3D métal et s’ils sont applicables à votre projet, contactez un représentant Xometry.

Xometry offre une large gamme de capacités de fabrication, notamment l'impression 3D et d'autres 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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1. Inconel® est une marque déposée de la division Huntington Alloys de Special Metals Corp., Huntington, Virginie-Occidentale.

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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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