Technologies Avancées d'Impression 3D : Partie 2 – Exploration de la Fabrication Couche par Couche

Deuxième Partie : Technologies d'Impression 3D

L'impression 3D — ou fabrication additive (FA) — offre une large gamme de technologies. Malgré leurs différences significatives, toutes reposent sur le même principe de base : construction de pièces couche par couche ou par dépôt le long d'un chemin programmé.

Selon la méthode de création des couches, la technologie d'impression 3D se divise en sept catégories principales :

1. Extrusion Métallique

Une buse ou orifice dépose sélectivement le matériau. Après chaque couche, le plateau descend ou la tête monte, et la couche suivante est extrudée et adhérée à la précédente. Matériaux principaux :

• Thermoplastiques
• Métaux eutectiques
• Céramiques
• Composites
• Argile de modelage
• Argiles chargées en métal
• Béton
• Aliments
• Cellules vivantes

Cette technologie inclut deux sous-catégories : modélisation par dépôt de filament fondu (FDM) ou fabrication par filament fondu (FFF). Principaux fournisseurs : Stratasys, Arbur, Aleph Objects, Beijing Tiertime, MarkerBot Industries, Ultimaker. L'extrusion métallique représente la plus grande base installée de machines FA. Procédé pionnier de Stratasys.

2. Jet de Matériau (Material Jetting)

Une ou plusieurs têtes d'impression à jet d'encre déposent de fines gouttes du matériau de construction en se déplaçant sur le lit de poudre. Plusieurs têtes permettent d'imprimer différents matériaux. Cette technologie peut aussi adopter une technologie « direct-write » : atomisation de nanoparticules combinées à un gaz inerte en aérosol, puis projection sur une surface.

Matériaux : photopolymères, matériaux cireux, métaux/non-métaux, conducteurs, diélectriques. Fournisseurs principaux : 3D Systems, Stratasys, Solidscape, Keyence. Peut produire des modèles pour moulage à la cire perdue.

3. Jet de Liant (Binder Jetting)

Le binder jetting dépose méticuleusement un agent liant liquide via buses de tête d'impression à jet d'encre pour agglomérer les matériaux en poudre. Contrairement au material jetting, le matériau déposé n'est pas la matière première mais un liant liquéfié déposé sur un lit de poudre pour la maintenir en forme.

Matériaux : polymère acrylique, métal, sable, céramique. Fournisseurs : 3D Systems, ExOne Company, Voxeljet Technology GmbH, Microjet Technology, Digital Metal, HP. Peut construire des modèles en sable pour le moulage en sable.

4. Stratification de Feuilles (Sheet Lamination)

La stratification de feuilles assemble des couches de matériau feuilleté pour réaliser un design. Les feuilles sont soit des papiers traités adhésifs formant un solide type contreplaqué, soit des feuilles et rubans métalliques créant des pièces métalliques. Aussi appelé LOM (Laminated Object Manufacturing). Fournisseurs : Helisys, Micro Technologies, Fabrisonic.

5. Photopolymérisation en Cuve (Vat Photopolymerization)

Un photopolymère liquide dans une cuve est sélectivement durci par polymérisation activée par la lumière. Ne fonctionne qu'avec des photopolymères. Deux types existent :

• Stéréolithographie (SLA) : laser UV et miroirs X-Y sur galvanomètres guidés par ordinateur durcissent la couche supérieure du photopolymère liquide. Chaque point touché par le laser est polymérisé. La SLA était le procédé leader incontesté aux débuts de la FA.

 

• La polymérisation en cuve s'est étendue à la traitement de lumière numérique (DLP). Au lieu d'un laser, les imprimantes DLP utilisent un projecteur de lumière numérique pour projeter et durcir l'image de la couche entière d'un coup.

Fournisseurs : 3D Systems, Envisiontec, DWS, Asiga, Rapid Shape, entre autres.

6. Fusion sur Lit de Poudre (Powder Bed Fusion)

Une énergie thermique fusionne sélectivement des zones d'un lit de poudre. L'énergie fond la poudre qui se solidifie en refroidissant. Source d'énergie : laser ou faisceau d'électrons.

Ce procédé est aussi connu sous les noms :

• Frittage laser
• Frittage laser direct de métal (DMLS)
• Frittage laser sélectif (SLS)
• Fusion par faisceau d'électrons (EBM)
• Fusion laser sélective (SLM)

La technologie laser offre de meilleures finitions de surface et détails plus fins que le faisceau d'électrons. Ce dernier est plus coûteux initialement, mais plus rapide et produit des pièces avec moins de contraintes résiduelles.

La majorité des systèmes FA métalliques utilisent la fusion sur lit de poudre. EOS est un procédé FA métallique établi avec la plus grande base installée. Les procédés PBF à haute énergie menacent de prendre des parts de marché au moulage à la cire perdu traditionnelle malgré leur coût élevé. Le PBF peut produire des formes 3D complexes à partir d'alliages aux qualités métallurgiques proches du moulage à la cire perdue. Le SLM est la méthode FA la plus mature et domine plus de 70 % du marché de l'impression métallique.

Matériaux : polymères, métal, sable. Fournisseurs : 3D Systems, EOS, Arcam, SLM Solutions, Realizer, Concept Laser, Aconity3D, Proto Labs, et autres.

7. Dépôt d'Énergie Dirigée (Directed Energy Deposition)

L'énergie thermique fusionne le matériau au moment de son dépôt. Généralement, un laser est la source d'énergie et le matériau une poudre métallique. Un système de mouvement 4 ou 5 axes positionne la tête de dépôt. Ne fonctionne qu'avec des matériaux métalliques, mais plusieurs types peuvent être utilisés simultanément.

Fournisseurs principaux DED : Optomec, POM Group, BeAM, Trumpf, RPM and Innovations. Aussi appelé AM à poudre soufflée et revêtement laser. Méthode adaptée pour ajouter du matériau sur pièces existantes, optimale pour la réparation ou la modification de pièces.

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