L'extrusion de métal 3D est-elle la prochaine vague d'additif ?

La fabrication d'extrusions métalliques additives 3D commence à s'imposer sur le marché. Avec un prix plus attrayant que les autres technologies 3D, il a le potentiel de faire bouger les choses. Nous dressons le profil de plusieurs acteurs majeurs du secteur et de leurs prétentions à la renommée.

Avec toutes les nouvelles sur l'impression 3D métal ces derniers temps, il y a de fortes chances que vous soyez au moins intéressé si vous n'étudiez pas activement les options disponibles. Les fabricants utilisent des technologies telles que le frittage laser direct de métal et la fusion par faisceau d'électrons pour tout imprimer, des buses de carburant des 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 coûteux. Vous pouvez compter sur 500 000 $ et plus pour une machine à lit de poudre à base de laser, plus le logiciel, la formation et l'équipement auxiliaire pour la prendre en charge. La poudre métallique nécessaire pour fabriquer quelque chose est souvent exclusive, tout comme les lasers utilisés pour la fritter en produits utiles.

Les nouveaux enfants de l'extrusion de métal 3D sur le bloc

Ne désespérez pas. Une nouvelle génération d'imprimantes métal 3D est récemment arrivée sur le marché. 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'équipements offrant leurs propres alternatives uniques aux systèmes traditionnels à lit de poudre. Voici quelques exemples.

La fabrication additive 3D est-elle viable malgré son engouement ? Lisez « The Case for 3D Printing in Manufacturing » pour en savoir plus.

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

L'imprimante Metal X de Markforged utilise une fabrication additive à diffusion atomique exclusive, ou technologie "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 qui sont prévus.

La technologie fonctionne en extrudant des cylindres en forme de tige de métal en poudre préalablement mélangés avec un liant plastique à travers une buse pour créer des couches partielles de 50 μm (0,002 po) d'épaisseur. Une fois terminée, la pièce «verte» est envoyée dans une station de lavage pour éliminer une partie du matériau liant, puis placée dans un four qui brûle le liant restant et fusionne les particules métalliques. Avec un prix avoisinant les 100 000 USD pour un système complet, les coûts de fabrication seraient jusqu'à 10 fois inférieurs à ceux des autres technologies d'additifs métalliques et jusqu'à 100 fois inférieurs à ceux de l'usinage.

Profil d'extrusion de métal 3D :métal de bureau, métal numérique

Desktop Metal propose deux imprimantes 3D métal, la Studio System et la Production System. Le Studio System est une imprimante "conviviale pour le bureau" qui utilise un processus d'extrusion semblable à celui utilisé par Markforged. Son procédé breveté de dépôt de métal lié imprime 17-4 PH, 316L, Inconel et d'autres poudres similaires à celles utilisées dans le moulage par injection de métal vieux de plusieurs décennies, mais liés dans un mélange de polymères. Épaisseurs de couche de 50 μm (0,002 po) et vitesses de fabrication de 16 cm³/h. (1 in³/h.) sont possibles. Là 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 prétend également être 10 fois moins cher que les imprimantes métal 3D laser.

Avec des vitesses de construction allant jusqu'à 8 200 cm ³ /heure. (500 in³/hr.), le système de production de Desktop Metal serait 100 fois plus rapide que les imprimantes métal à base de laser et est clairement conçu pour la production de masse. Utilisant 32 000 jets et un épandeur de poudre bidirectionnel, sa technologie de jet à un seul passage dépose des millions de gouttelettes par seconde de fluide liant sur chaque couche de poudre. Il contient également des agents anti-frittage pour faciliter le retrait ultérieur des structures de support. Les parties "brunes" sont ensuite fusionnées dans un four juste en dessous de la température de fusion du métal pour produire un produit entièrement dense.

Bien qu'il ne soit pas disponible dans le commerce avant 2019, le coût d'environ 400 000 USD du système de production se rapproche des imprimantes laser à lit de poudre, mais offrirait 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'additif 3D ? Découvrez "Les défis et les solutions uniques de l'impression 3D métal".

Profil d'extrusion de métal 3D :métal numérique

La DM P2500 de Digital Metal est une autre imprimante 3D métal qui utilise la technologie de jet de liant. En tant que membre du groupe suédois Höganäs, l'un des principaux fournisseurs de poudres métalliques, Digital Metal affirme que ses machines ont produit plus de 200 000 composants imprimés en 3D de haute qualité pour les industries aérospatiale, automobile, médicale et autres. Des épaisseurs de couche jusqu'à 42 µm (0,0016 po) sont possibles, tout comme une résolution de caractéristique jusqu'à 35 μm (0,0014 po). Les vitesses de construction sont proches de celles du Studio System de Desktop Metal à 100 cm ³ /heure. (6 in³/hr.), bien que l'on dit que le DM P2500 permet d'obtenir des détails extrêmement fins et des finitions de surface de "qualité médicale".

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

Bien que les imprimantes métal 3D à base de laser aient leur place, ces alternatives offrent un certain nombre d'avantages :comme il n'y a pas de contrainte thermique comme avec les systèmes à base de laser, les structures de support nécessaires pour maintenir les pièces en place pendant le processus de construction peuvent être simplifiées ou même éliminé. 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 retirer, ce qui peut éliminer le besoin d'opérations d'usinage secondaire ou de finition à la main. Étant donné que 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 d'argon ou d'azote gazeux comme c'est le cas avec les systèmes à base de laser, et il n'y a aucune inquiétude concernant un faisceau laser déclenchant une explosion dans une atmosphère remplie de poussière d'aluminium ou de titane.

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