Le Binder Jetting Expliqué : Guide Complet

Qu'est-ce que le binder jetting ? En 1993, le Massachusetts Institute of Technology a développé cette forme d'impression 3D de type jet d'encre sur lit de poudre pour imprimer des pièces complexes à partir d'une variété de matériaux. Aujourd'hui, il y a des applications de binder jetting dans plusieurs industries, et vous pouvez créer de tout, des pièces métalliques aux noyaux de coulée en sable grand format en passant par des prototypes en couleur. Le binder jetting est rapide et rentable, mais de nombreuses équipes produit ne connaissent pas ce processus de fabrication. Voici ce qu'il faut savoir.

Qu'est-ce que le binder jetting ?

Alors que de nombreuses autres méthodes d'impression 3D utilisent une seule buse ou laser pour créer des pièces couche par couche, le binder jetting pulvérise du liant liquide sur un lit de poudre. En fait, le processus d'impression 3D par binder jetting est similaire à la façon dont une imprimante 2D ajoute de l'encre sur du papier. Il est principalement utilisé pour imprimer du métal, des sables et des céramiques et est connu pour sa vitesse, son abordabilité et sa capacité à imprimer de grandes pièces.

Pour commencer le processus de binder jetting, vous devrez créer un modèle numérique de votre pièce, le trancher, et l'envoyer à votre partenaire de fabrication. Ils l'introduiront ensuite dans l'imprimante binder jetting. Ensuite, une lame ou rouleau de recoating étendra une fine couche de poudre sur la plateforme de construction, et un chariot avec buses à jet d'encre passera sur le lit de poudre, déposant des gouttes d'agent liant. Si vous créez une pièce en couleur, la machine déposera aussi de l'encre colorée durant cette étape.

La plateforme de construction s'abaissera alors selon l'épaisseur de couche de votre modèle. La plupart des modèles en couleur ont une hauteur de couche de 100 microns, la plupart des pièces métalliques une hauteur de 50 microns, et la plupart des matériaux de moule de coulée en sable une hauteur entre 200 et 400 microns. Ensuite, la lame ou rouleau recoatera la surface, et le processus se répétera jusqu'à ce que votre pièce soit complète. Votre ingénieur pourra ensuite durcir votre pièce pour augmenter sa résistance, la libérer délicatement de la poudre libre sur votre lit de poudre, et la nettoyer avec une brosse ou air sous pression.

Les pièces qui viennent d'être créées par binder jetting sont dans un état « vert » et ont généralement une porosité élevée et de mauvaises propriétés mécaniques. Ainsi, votre ingénieur pourrait ajouter quelques étapes de post-traitement après l'impression, qui varieront selon le matériau de votre pièce. Par exemple, une pièce métallique pourrait avoir besoin d'être frittée avec un métal à bas point de fusion comme le bronze. Si vous avez une pièce en couleur, votre ingénieur pourrait l'infiltrer d'acrylique pour améliorer sa vivacité. Si vous avez un noyau ou moule de coulée en sable, aucun traitement additionnel n'est requis.

Matériaux courants du binder jetting

Les matériaux de binder jetting se divisent en trois catégories — poudre, sable et métal.

Grès et poudre PMMA

Puisque les machines d'impression 3D binder jetting ont souvent des têtes d'impression secondaires qui ajoutent de la couleur pendant que la tête primaire ajoute l'agent liant, il est facile de créer des modèles en couleur en utilisant des poudres de grès ou de polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Cependant, les pièces résultantes seront très fragiles — même après traitement — et sont mieux utilisées comme modèles non-fonctionnels comme cartes topographiques ou figurines.

Sable

Le sable et la silice sont relativement abordables, donc parfaits pour créer des moules et noyaux à usage unique. Non seulement le binder jetting de sable vous permettra de créer des géométries complexes difficiles ou impossibles à produire avec des méthodes traditionnelles, mais vous pourrez aussi atteindre une précision dimensionnelle de ±0,3 mm. Notez aussi que :

• Vous n'aurez pas besoin de post-traitement additionnel.
• Les épaisseurs de couche pour noyaux et moules de coulée en sable se situent généralement entre 200 et 400 µm.
• Les tailles de construction peuvent atteindre 2200 x 1200 x 600 mm.

Métal

Le binder jetting est aussi un choix populaire pour l'impression 3D de métal. C'est jusqu'à 10 fois plus économique que le frittage laser sélectif (SLS) ou la fusion laser sélective (SLM) et offre des tailles de construction relativement grandes jusqu'à 800 x 500 x 400 mm. Le binder jetting permet aussi des géométries complexes, ne nécessite pas de structures de support, et a une précision dimensionnelle de ±0,2 mm.

Le binder jetting est compatible avec l'acier, titane, chromite, cuivre et plus, mais vous devrez post-traiter votre pièce pour améliorer sa résistance quel que soit le métal utilisé. Options de post-traitement :

• Infiltration : L'infiltration implique de placer une pièce durcie dans un four chaud. Après que l'agent liant a brûlé, la densité de la pièce réduira à environ 60 %. Votre ingénieur peut alors combler les vides laissés avec du bronze ou un autre métal à bas point de fusion jusqu'à atteindre au moins 90 % de densité. Les pièces infiltrées sont relativement solides et ont de bonnes propriétés mécaniques, mais elles seront environ 2 % plus petites après infiltration.
• Frittage : Si vous voulez de meilleures propriétés mécaniques, vous pouvez faire fritter votre pièce métallique. Le frittage implique de chauffer une pièce dans un four pour cuire ses liants et fusionner ses particules métalliques. Les pièces frittées ont une haute résistance à la corrosion et 3 % de porosité, mais l'inconvénient est qu'elles rétrécissent souvent d'environ 20 % par rapport à leur taille initiale. Ce retrait peut ne pas être uniforme, ce qui peut causer des inexactitudes post-impression, même si votre design prévoyait déjà 20 % de retrait.

Avantages et inconvénients du binder jetting

Quand vous choisissez le binder jetting, vous pouvez :

• Atteindre une précision dimensionnelle relativement élevée : Puisque le binder jetting se passe à température ambiante, vous n'avez pas à vous soucier du gauchissement et votre pièce restera hautement dimensionnellement précise. Si vous faites du binder jetting avec du métal, vous n'avez pas non plus à vous soucier de soulager les contraintes résiduelles pendant le post-traitement secondaire. Cependant, vous remarquerez probablement un retrait après frittage.
• Économiser de l'argent : Le binder jetting d'une pièce métallique est plus de dix fois plus économique que l'utilisation de SLM ou SLS. Non seulement c'est plus abordable, mais ça utilise aussi moins d'énergie car il utilise un agent liant liquide au lieu d'un laser. De plus, les poudres céramiques et métalliques de binder jetting sont généralement plus abordables que les poudres pour SLS et SLM. De même, vous pouvez produire un prototype en couleur via binder jetting pour une fraction de ce qu'il coûterait normalement via SLS, SLM ou jet de matière.
• Se passer de structures de support : En binder jetting, la poudre non liée fournit tout le support dont votre pièce a besoin, éliminant le besoin de structures de support et vous donnant plus de liberté de design. Cela signifie aussi des temps de post-traitement plus courts et moins de consommation de matériau comparé aux autres technologies d'impression 3D.
• Réduire les déchets : 100 % de la poudre non utilisée peut être réutilisée pour de futures impressions, vous aidant à économiser matériau et argent. En comparaison, seulement 50 % de la poudre utilisée par les imprimantes 3D SLS est réutilisable.
• Produire rapidement une grande pièce ou plusieurs petites pièces simultanément : Les machines binder jetting ont des volumes de construction jusqu'à 2200 x 1200 x 600 mm, ce qui signifie que vous pouvez produire de grandes pièces ou construire simultanément plusieurs petites.

Cependant, il y a quelques inconvénients à considérer avec le binder jetting. Gardez à l'esprit que :

• Les pièces métalliques binder jetting auront des propriétés mécaniques inférieures à leurs homologues SLS à cause de leur porosité plus élevée.
• Le binder jetting offre une sélection de matériaux limitée comparée aux autres processus d'impression 3D.
• Les pièces sont fragiles dans leur état vert, ce qui signifie que vous ne pouvez imprimer que des détails grossiers.
• La plupart des pièces binder jettées nécessitent du post-traitement, ce qui peut significativement allonger les temps de production et introduire des inexactitudes.

Impression 3D avec Fast Radius

Le binder jetting est une technologie rapide et abordable, idéale pour les grands formats et prototypes en couleur. Le binder jetting est-il le meilleur processus pour votre prochain projet ? Travailler avec un partenaire de fabrication expérimenté peut vous aider à prendre la bonne décision.

Chez Fast Radius, notre équipe de professionnels a des années d'expérience avec les dernières technologies d'impression 3D. Nous pouvons aider à optimiser votre design pour l'impression 3D, sélectionner un matériau et méthode d'impression 3D adaptés à vos besoins, et plus. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer.