EBM vs SLM :principales différences, performances et comparaison des matériaux pour l'impression 3D métal

SLM (Selective Laser Melting) et EBM (Electron Beam Melting) sont des technologies d’impression 3D par fusion sur lit de poudre. Un faisceau à haute énergie est utilisé pour fusionner la poudre métallique couche par couche pour finalement imprimer un composant solide. SLM a une meilleure précision et résolution que EBM. L'EBM, en revanche, peut imprimer plus rapidement que les machines SLM à faisceau unique. Il existe cependant des machines SLM dotées de 12 lasers de forte puissance, qui améliorent considérablement leur vitesse. EBM dispose d'un ensemble plus restreint de matériaux possibles, en particulier des matériaux réfractaires et résistants.

Cet article comparera EBM et SLM en termes de complexité du système, de matériaux et de technologies d'impression.

Définition de l'EBM et comparaison avec le SLM

EBM (Electron Beam Melting) est une technologie d’impression 3D par fusion sur lit de poudre utilisée pour fabriquer des pièces métalliques. Arcam (racheté plus tard par GE) a développé cette technologie en collaboration avec l'Université de technologie Chalmers en 1993. EBM fait fondre sélectivement une poudre de métal ou d'alliage métallique avec un faisceau de particules électroniques à haute énergie. Cela signifie qu'au lieu de photons sous tension comme ceux d'un laser, l'EBM utilise des électrons sous tension. Le faisceau d'électrons trace la section transversale d'une couche partielle et fait fondre les particules métalliques ensemble. Une fois chaque couche fondue, le lit d'impression descend et une autre couche de poudre métallique est appliquée. Le processus d'impression EBM doit se dérouler sous vide pour éviter l'oxydation de la pièce due aux températures extrêmement élevées générées par la machine. 

EBM propose une gamme de matériaux plus restreinte, notamment des matériaux réfractaires et résistants. Par rapport à l'EBM, le SLM nécessite une chambre remplie de gaz inerte et peut imprimer avec plus de précision.

Pour en savoir plus, consultez notre guide sur la fusion par faisceau d'électrons.

Quels sont les avantages de l'EBM par rapport à la SLM ?

Vous trouverez ci-dessous quelques avantages clés de l'EBM par rapport au SLM :

• L'EBM est capable d'imprimer beaucoup plus rapidement que le SLM par rapport à une machine SLM à faisceau unique. Cela est dû au faisceau plus large généré par un faisceau d'électrons.
• EBM peut diriger le faisceau d'électrons à des vitesses allant jusqu'à 8 000 mm/s. Le SLM, quant à lui, imite la vitesse de l'EBM en utilisant plusieurs faisceaux.

Quels sont les inconvénients de l'EBM par rapport à la SLM ?

Vous trouverez ci-dessous quelques inconvénients clés de l'EBM par rapport au SLM :

• EBM nécessite un environnement sous vide. Cela limite la taille des pièces pouvant être construites et ajoute une complexité supplémentaire à la machine.
• EBM propose une gamme plus restreinte de matériaux possibles à utiliser par rapport à SLM.

Définition SLM et comparaison avec EBM

SLM (Selective laser melting) est une technologie d’impression 3D par fusion sur lit de poudre utilisée pour fabriquer des pièces métalliques. SLM a été inventé pour la première fois en 1995 et a été commercialisé par SLM solutions. SLM utilise un laser à fibre haute puissance pour faire fondre sélectivement une poudre métallique. Le laser crée une flaque liquide de métal partout où il entre en contact avec la poudre métallique. Le faisceau laser trace la section transversale d'une couche de pièce et fait fondre les particules métalliques ensemble. Après chaque couche, le lit d'impression descend et une autre couche de poudre métallique est appliquée. SLM utilise une chambre de fabrication remplie de gaz inerte. SLM est très similaire à EBM mais utilise jusqu'à 12 lasers haute puissance pour faire fondre la poudre métallique. Il peut également utiliser une variété de métaux et d’alliages.

Quels sont les avantages de la SLM par rapport à l'EBM ?

Vous trouverez ci-dessous quelques avantages clés du SLM par rapport à l'EBM :

• Avec SLM, l'opérateur peut ajuster la largeur du faisceau pour privilégier une vitesse ou une précision élevée.
• SLM peut utiliser une gamme de matériaux plus large que l'EBM.

Quels sont les inconvénients du SLM par rapport à l'EBM ?

Certains inconvénients clés du SLM par rapport à l'EBM sont les suivants :

• Les pièces SLM ont tendance à subir des contraintes internes plus élevées que les pièces EBM. La SLM nécessite souvent un traitement thermique après la construction pour réduire les contraintes résiduelles.
• Une machine SLM à faisceau unique imprime plus lentement qu'une machine EBM.

Tableau de comparaison entre EBM et SLM

Le tableau 1 ci-dessous répertorie certaines des propriétés les plus courantes de l'EBM par rapport au SLM :

Attribut EBM SLM

Attribut

Nombre de faisceaux

EBM

1 - Positionnement très rapide du faisceau

SLM

Des machines à 1, 4 et 12 faisceaux sont disponibles 

Attribut

Puissance du faisceau

EBM

4500 W

SLM

1000 W

Attribut

Nécessite une chambre à vide pour le volume d'impression

EBM

Oui

SLM

Non - nécessite une couverture de gaz inerte

Attribut

Hauteur de couche

EBM

70 microns

SLM

20 à 50 microns

Attribut

Les pièces ont des propriétés de matériau isotropes

EBM

Oui

SLM

Oui

Attribut

Les pièces doivent être refroidies après l'impression

EBM

Oui – Souvent pendant la nuit

SLM

Oui

Attribut

Les pièces ont besoin de structures de support

EBM

Oui

SLM

Oui

Attribut

Le plus grand volume d'impression

EBM

350 OD x 430 H mm (cylindre)

SLM

600 x 600 x 600 mm

Tableau 1 :Comparaison EBM et SLM

Les imprimantes SLM ont une meilleure résolution en hauteur de couche que l'EBM tout en ayant des volumes de fabrication plus importants. L'EBM dispose d'un positionnement de faisceau plus rapide, ce qui signifie qu'il peut atteindre des vitesses élevées sans avoir besoin de plusieurs faisceaux. 

EBM et SLM :comparaison des technologies

EBM et SLM sont des technologies de fusion sur lit de poudre qui utilisent un faisceau de grande puissance pour faire fondre une poudre métallique. Cependant, EBM utilise un faisceau d'électrons, tandis que SLM utilise plusieurs lasers à fibre de haute puissance.

EBM vs SLM :comparaison des matériaux

SLM est capable d'imprimer une large gamme de métaux, notamment la plupart des alliages à base de fer, d'aluminium, de nickel, de cobalt et de cuivre. L'EBM, en revanche, convient à un groupe plus restreint de matières premières, notamment le Ti6AL4V (un alliage de titane), l'Inconel® 718 (un alliage de nickel) ou le CoCrMo (un alliage de cobalt).

EBM et SLM :comparaison des applications de produits

L'EBM est largement utilisé dans l'industrie aérospatiale pour fabriquer des aubes de turbine, et dans le domaine médical pour produire des implants orthopédiques. Le SLM est utilisé pour fabriquer des produits dans ces mêmes secteurs, mais trouve également des utilisations dans les secteurs de l'automobile, de la construction et de la bijouterie.

EBM et SLM :comparaison des volumes d'impression

SLM a un volume de build disponible légèrement plus grand que EBM. Cela signifie que SLM peut imprimer des pièces singulières plus grandes ou des pièces pouvant s'adapter à davantage de pièces plus petites imbriquées. La taille de l'EBM est limitée par la nécessité d'imprimer dans une chambre à vide. 

EBM et SLM :comparaison de l'état de surface

EBM a une finition de surface légèrement moins bonne que SLM. Cela est dû à la plus grande largeur de faisceau d’EBM qui crée un aspect plus rugueux entre chaque couche. Alors que SLM et EBM peuvent nécessiter un post-usinage pour les zones critiques, EBM a une finition de surface sensiblement différente. 

EBM et SLM :comparaison des coûts

En moyenne, une machine SLM d'entrée de gamme peut coûter plus de 350 000 $, tandis qu'une imprimante EBM peut coûter entre 100 000 $ et 250 000 $.

Quelles sont les alternatives mutuelles à l'EBM et à la SLM ?

Vous trouverez ci-dessous une alternative mutuelle à l'EBM et au SLM :

• DMLS : Le DMLS (Direct Metal Laser Sintering) est un processus de fusion sur lit de poudre qui fait fondre la poudre métallique avec un laser à fibre, similaire au SLM. Cependant, le DMLS a une meilleure résolution que l'EBM ou le SLM et utilise généralement plusieurs lasers à faible énergie. 

Quelles sont les similitudes entre l'EBM et la SLM ?

Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des similitudes entre EBM et SLM :

1. EBM et SLM sont utilisés pour imprimer des pièces métalliques.
2. EBM et SLM utilisent des faisceaux d'énergie pour faire fondre la poudre métallique pour obtenir une pièce finale.

Quelles sont les autres comparaisons entre l'EBM et le SLM ?

Une technologie d'impression 3D alternative à l'EBM est :

• EBM contre DED : DED (Directed-Energy Deposition) est une technologie d’impression métallique qui alimente un fil métallique vers une buse d’impression. Le métal est ensuite fondu au niveau de la buse et déposé sur la plaque de construction couche par couche, similaire à l'impression FDM (Fused Deposition Modeling). Cela produit des pièces qui ont des propriétés mécaniques isotropes. 

Quelles sont les autres comparaisons entre la SLM et l'EBM ?

Une technologie d'impression 3D alternative au SLM est :

• SLM et SLS : Le frittage sélectif au laser peut être comparé au SLM car les deux technologies utilisent un laser pour faire fondre un matériau en poudre couche par couche pour obtenir une pièce finale. Cependant, SLS ne peut imprimer que sur du plastique. Les premières imprimantes métalliques se contentaient de fritter les particules métalliques ensemble, car elles étaient incapables de créer un pool de métal en fusion comme les machines modernes. Pour plus d'informations, consultez notre article sur SLM et SLS.

Résumé

Cet article résume les différences entre les technologies d'impression 3D EBM et SLM.

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Avis relatifs aux droits d'auteur et aux marques

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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