Découvrez les 7 techniques de base de la fabrication additive

La Fabrication Additive (FA), ou impression 3D, construit des pièces via modèle 3D CAO en ajoutant couches successives de matière et les fusionnant. Apparue en 1987, croissance constante avec bonds récents. Comme entreprises inventent/introductent nouvelles techniques FA, elles créent termes marketing uniques pour procédés similaires → confusion marché. Cet article identifie les techniques de base et leurs avantages/inconvénients.

Selon normes ISO/ASTM, la FA divise les techniques de création de couches en 7 catégories, dont les 4 premières conviennent aux métaux.

1. Projection de liant (Binder Jetting)
2. Dépôt d'énergie dirigée (Directed Energy Deposition - DED)
3. Fusion sur lit de poudre (Powder Bed Fusion - PBF)
4. Lamination de feuilles (Sheet Lamination)
5. Extrusion de matière (Material Extrusion)
6. Projection de matière (Material Jetting)
7. Polymérisation en cuve (Vat Photopolymerization)

1. Projection de liant (Binder Jetting)

Unique en FA : n'utilise pas de chaleur pour fusionner. Un liant liquide est déposé sélectivement, liant la poudre pour former la pièce 3D. Selon type poudre, système, exigences client → choix type liant. Processus : poudre étalée sur plateau par rouleau, tête d'impression dépose liant sur poudre aux zones spécifiées. Plateau abaisse pour couche suivante, répétition jusqu'à completion. Poudre non liée retirée.

Avantages :

• Pièces multicolores possibles
• Gamme matériaux : métaux, polymères, céramiques
• Processus FA plus rapide
• Pas de gauchissement/retrait pièces
• Moins de déchets par réutilisation poudre non liée
• Méthode deux matériaux : combinaisons liant-poudre différentes

Inconvénients :

• Post-traitement requis → temps significatif ajouté
• Résistance pièce faible, pas toujours adapté pièces structurelles
• Moins précis que Projection de matière

2. Dépôt d'énergie dirigée (DED)

Crée objets 3D en fondant et déposant matériaux poudre ou fil depuis source énergie focalisée (laser, faisceau d'électrons, arc plasma). Processus peut faire pièces métal, céramique, polymère, mais mainly pièces métal et fabrication hybride (lit mobile pour formes complexes). DED aussi appelé dépôt laser métal (LMD), revêtement laser 3D, fabrication lumière directe (sources énergie différentes, usage final). Mainly utilisé pour réparer/reconditionner pièces existantes en ajoutant matière où nécessaire.

Avantages :

• Pièces denses et résistantes
• Vitesse construction rapide
• Réduction déchets matière
• Gamme matériaux : métal, céramique, polymère
• Matériaux facilement interchangeables
• Alliages personnalisés possibles
• Pièces forme quasi-nette
• Capacité pièces de grande taille

Inconvénients :

• Coût capital systèmes élevé
• Résolution inférieure → finition surface pauvre, post-traitement secondaire requis
• Structures support inutilisables pendant construction

3. Fusion sur lit de poudre (PBF)

4 catégories sources énergie : laser, faisceau d'électrons, agent+énergie, thermique. Source fond particules poudre plastique/métal → solidifient/fusionnent en motif pour objet. Processus utilise 2 chambres : chambre construction, chambre poudre, rouleau enduit. Création : rouleau étale poudre sur chambre construction → fine couche. Certains processus PBF : racloir, lame, rouleau nivellement après rouleau pour épaisseur uniforme. Source énergie fond couche supérieure déposée. Couche scannée/fondue → plateau construction abaisse incrémentalement, simultanément chambre poudre monte même quantité, répétition jusqu'à objet complet.

Avantages :

• Coût machines bas
• Structures support minimes ou nulles
• Variété sélection matériaux
• Multi-matériaux possible
• Recyclage poudre possible

Inconvénients :

• Impression lente et longue
• Temps post-traitement additionnel
• Propriétés structurelles plus faibles
• Variations qualité texture surface
• Plaque support construction peut être nécessaire anti-gauchissement
• Vitesse impression détermine si poudre recyclable
• Distorsion thermique, mainly pièces polymères
• Machines consomment beaucoup d'énergie

4. Lamination de feuilles

FA construisant objets 3D en empilant et laminant fines feuilles par collage, soudage ultrasonique, brasage. Pour forme finale : découpe laser ou usinage CNC. De toutes techs FA, celle produisant pièces avec résolution additive/détail moindres, mais coût bas et temps fabrication rapide pour prototypage rapide avec matériaux low-cost facilement disponibles.

Catégorisable en 7 types :

• Laminated Object Manufacturing (LOM)
• Selective Lamination Composite Object Manufacturing (SLCOM)
• Plastic Sheet Lamination (PSL)
• Computer-Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials (CAM-LEM)
• Selective Deposition Lamination (SDL)
• Composite Based Additive Manufacturing (CBAM)
• Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM)

Types diffèrent légèrement, principe global même. Processus : fine feuille alimentée par rouleau ou placée sur plateau. Couche suivante peut être collée à précédente ou non selon processus. Empilement jusqu'à hauteur finale. Retrait bloc impression et bords indésirables = objet fini.

Avantages :

• Coût relativement bas
• Grande zone de travail
• Impression pleine couleur
• Intégrable comme systèmes hybrides
• Manipulation matière aisée
• Empilement multi-matériaux possible
• Pas structures support nécessaires
• Dans certains types, état matière inchangé
• Temps impression rapide mais post-traitement requis

Inconvénients :

• Hauteur couche immuable sans changer épaisseur feuille
• Finition variable selon matériau, post-traitement possible
• Options matériaux limitées
• Retrait excédent post-lamination difficile et long
• Peut générer plus déchets vs autres méthodes FA
• Pièces creuses difficiles dans certains types
• Force collage dépend technique lamination

5. Extrusion de matière

Procédé FA le plus populaire en disponibilité grand public et qualité. Filament continu thermoplastique ou composite pour construire pièces 3D. Matière (filament plastique) via buse d'extrusion, chauffée, déposée sur plateau couche par couche.

Avantages :

• Large sélection matériaux impression
• Technique impression aisément compréhensible
• Changement matière simple, user-friendly
• Coûts initial et fonctionnement bas
• Temps impression rapide pièces petites/minces
• Tolérance impression +/- 0,1 mm (+/- 0,005")
• Pas de surveillance requise
• Équipement compact
• Processus basse température

Inconvénients :

• Lignes de couches visibles
• Tête extrusion en mouvement continu ou matière qui bourre
• Supports peuvent être requis
• Résistance pièce faible axe Z
• Temps impression augmente avec résolution fine et grandes surfaces
• Sensible gauchissement et fluctuations température
• Matériaux d'impression toxiques

6. Projection de matière

Processus où gouttelettes matériaux cireux déposées sélectivement sur plateau. Matière refroidit/se solidifie, permettant couches superposées. Post-construction, supports retirés mécaniquement ou fondus.

Avantages :

• Précision et finitions surface exceptionnelles
• Pièces bonnes pour modèles fonderie

Inconvénients :

• Nombre limité matériaux cireux
• Pièces fragiles (matériaux cireux)
• Processus construction lent

7. Polymérisation en cuve (Vat Photopolymerization)

Processus polymérisant résine photopolymère liquide en cuve couche par couche via laser UV → pièces plastiques dures. 3 types courants : Stéréolithographie, Traitement Lumière Numérique (DLP), Traitement Lumière Numérique Continu (CDLP).

Avantages :

• Précision élevée, belle finition
• Processus relativement rapide
• Grandes zones construction

Inconvénients :

• Relativement cher
• Post-traitement long et retrait résine
• Limité aux photorésines
• Peut encore être affecté par UV post-impression
• Supports et post-polymérisation peuvent être requis pour pièces structurelles

Conclusion

Alors que machines FA deviennent plus abordables pour ateliers, la flexibilité design et propriétés matériaux mène à large gamme applications pratiques. Aéro, auto, médical voient bénéfices FA. Prototypage rapide, petite série, capacité réparation pièces = moteurs croissance ce type fabrication.