L'extrusion métal 3D est-elle l'avenir de la fabrication additive ?

La fabrication additive par extrusion de métal 3D commence à s'établir sur le marché. Avec un prix plus abordable que les autres technologies 3D, elle a le potentiel de bouleverser les choses. Nous profilons plusieurs acteurs majeurs de l'espace — et leurs revendications de notoriété.

Avec toutes les nouvelles sur l'impression 3D métal últimement, il y a de fortes chances que vous soyez au moins intéressé, sinon activement en train d'enquêter sur les options disponibles. Les fabricants utilisent des technologies telles que le frittage laser direct de métal et la fusion par faisceau d'électrons pour imprimer tout, des buses de carburant de moteurs à réaction aux prothèses médicales, alors pourquoi votre atelier ne voudrait-il pas tirer parti de la technologie pour les prototypes, l'outillage et les pièces de production à faible volume ?

D'une part, les imprimantes utilisées pour produire ces pièces, et des milliers de composants métalliques similaires, peuvent être coûteuses. Vous pouvez compter sur 500 000 $ et plus pour une machine à lit de poudre laser, plus le logiciel, la formation et l'équipement auxiliaire pour la soutenir. La poudre métallique nécessaire pour réellement construire quelque chose est souvent propriétaire, tout comme les lasers utilisés pour la fritter en produits utiles.

Les nouveaux acteurs de l'extrusion métal 3D sur le marché

Ne désespérez pas. Une nouvelle race d'imprimantes 3D métal est entrée sur le marché récemment. Ces machines sont beaucoup moins coûteuses, relativement faciles à utiliser et produisent des pièces métalliques entièrement denses adaptées aux applications d'utilisation finale. Plusieurs technologies distinctes existent avec environ une douzaine de fabricants d'équipement offrant leurs propres alternatives uniques aux systèmes traditionnels à lit de poudre. Voici quelques exemples.

La fabrication additive 3D est-elle viable malgré son battage médiatique ? Lisez « Le cas de l'impression 3D dans la fabrication » pour en savoir plus.

Profils d'extrusion métal 3D : Markforged, Desktop Metal, Digital Metal

L'imprimante Metal X de Markforged utilise une technologie de fabrication additive par diffusion atomique propriétaire, ou « ADAM », pour imprimer des pièces en acier inoxydable 17-4 PH ou 303 avec de l'aluminium, de l'Inconel, du titane et d'autres prévus.

La technologie fonctionne en extrudant des cylindres en forme de tige de métal en poudre préalablement mélangé avec un liant plastique à travers une buse pour créer des couches de pièces de 50 μm (0,002 po) d'épaisseur. Une fois terminé, la pièce « verte » est envoyée à travers une station de lavage pour enlever une partie du matériau liant, puis placée dans un four qui brûle le liant restant et fusionne les particules métalliques ensemble. Avec un prix tournant autour de 100 000 $ pour un système complet, les coûts de fabrication sont rapportés jusqu'à 10 fois inférieurs aux technologies alternatives d'addition métal et jusqu'à 100 fois inférieurs à l'usinage.

Profil d'extrusion métal 3D : Desktop Metal, Digital Metal

Desktop Metal propose deux imprimantes 3D métal, le Studio System et le Production System. Le Studio System est une imprimante « adaptée au bureau » qui utilise un processus d'extrusion pas très différent de celui utilisé par Markforged. Son processus breveté de dépôt de métal lié imprime du 17-4 PH, 316L, Inconel et d'autres poudres similaires à celles utilisées dans le moulage par injection de métal (MIM) vieux de plusieurs décennies, mais liées dans un mélange polymère. Des épaisseurs de couche de 50 μm (0,002 po) et des vitesses de construction de 16 cm³/h (1 in³/h) sont possibles. Ici encore, les pièces sont lavées dans une station de déliantage avant d'être frittées dans un four à des températures allant jusqu'à 1400 degrés C (ou 2552 F). Desktop Metal revendique également être 10 fois moins cher que les imprimantes 3D métal laser.

Avec des vitesses de construction allant jusqu'à 8200 cm³/h (500 in³/h), le Production System de Desktop Metal est censé être 100 fois plus rapide que les imprimantes métal laser et est clairement conçu pour la production de masse. En utilisant 32 000 buses et un répartiteur de poudre bidirectionnel, sa technologie de jet à passage unique dépose des millions de gouttelettes par seconde de fluide liant sur chaque couche de poudre. Il a également des agents anti-frittage pour rendre les structures de support plus faciles à enlever plus tard. Les pièces « brunes » sont ensuite fusionnées dans un four juste en dessous de la température de fusion du métal pour produire un produit entièrement dense.

Bien que non disponible commercialement avant 2019, le coût d'environ 400 000 $ du Production System approche celui des imprimantes à lit de poudre laser, mais est dit offrir un coût par pièce comparable à celui des pièces moulées en métal — au moins jusqu'à 100 000 pièces.

Vous voulez aller plus loin dans l'addition 3D ? Consultez « Les défis et solutions uniques de l'impression 3D métal ».

Profil d'extrusion métal 3D : Digital Metal

La DM P2500 de Digital Metal est une autre imprimante 3D métal qui utilise la technologie de jet de liant. En tant que partie du groupe Höganäs de Suède, un fournisseur leader de poudres métalliques, Digital Metal affirme que ses machines ont produit plus de 200 000 composants 3D imprimés de haute qualité pour les industries aérospatiale, automobile, médicale et autres. Des épaisseurs de couche de 42 µm (0,0016 po) sont possibles, ainsi qu'une résolution de détail de 35 μm (0,0014 po). Les vitesses de construction sont proches de celle du Studio System de Desktop Metal à 100 cm³/h (6 in³/h), bien que la DM P2500 soit censée atteindre des détails extrêmement fins et des « finitions de surface de qualité médicale ».

Il y a beaucoup d'autres systèmes et technologies disponibles. Le fabricant de machines AM ExOne, par exemple, offre une variété de machines et matériaux à jet de liant allant du bronze au tungstène. Vader Systems utilise un champ électromagnétique pour construire des pièces à partir de métaux liquéfiés. La fabrication additive par granulés de Pollen AM utilise une matière première MIM jusqu'à 5 fois moins chère que les systèmes existants à base de poudre.

Bien que les imprimantes 3D métal laser aient leur place, ces alternatives offrent un certain nombre d'avantages : Parce qu'il n'y a pas de contrainte thermique comme avec les systèmes laser, les structures de support nécessaires pour maintenir les pièces en place pendant le processus de construction peuvent être simplifiées ou même éliminées. Cela permet de remplir toute la chambre de construction, ce qui signifie que des centaines, voire des milliers de petites pièces peuvent être traitées en une seule opération sans surveillance.

Les structures de support utilisées sont généralement plus faciles à enlever, ce qui peut éliminer le besoin d'opérations d'usinage secondaire ou de finition manuelle. Puisque les métaux sont les mêmes que ceux utilisés avec le MIM, les approbations de surveillance aérospatiale et médicale sont beaucoup plus faciles à obtenir. Il n'y a pas besoin de gaz argon ou azote comme avec les systèmes laser, ni de préoccupations concernant un faisceau laser déclenchant une explosion dans une atmosphère remplie de poussière d'aluminium ou de titane.

Vous êtes-vous aventuré dans la fabrication additive et l'impression 3D ? Quelle a été votre expérience ?