Faits sur l'impression laser du métal

La fabrication de pièces de précision est-elle prête pour l'impression 3D ?

Le sujet de l'impression laser additive 3D du métal fait souvent l'actualité, alors vous vous demandez peut-être :quand est-ce que Metal Cutting Corporation va parler d'impression laser ? Après tout, nous parlons souvent de diverses autres méthodes de fabrication de pièces métalliques.

Chez Metal Cutting nous réalisons des pièces très petites, pour notre exemple ici souvent avec des dimensions de 1 mm (0.039″) par 2 mm (0.079″), et nous réalisons un BEAUCOUP d'entre eux. Ces pièces n'ont généralement pas beaucoup de caractéristiques complexes ou de vides intérieurs. Il peut s'agir d'un tube ou d'un solide.

Donc, notre question pour les experts de l'impression laser 3D est, peut utilisez-vous l'impression laser 3D de métal pour de si grandes quantités de si petites pièces ?

Méthodes de base de l'impression laser 3D de métal

Pour commencer, examinons rapidement les trois principales méthodes d'impression laser additive 3D de métal.

Frittage laser direct de métal (DMLS)

Cette méthode la plus populaire consiste essentiellement à faire fondre une conception 2D sur un lit de poudre aplati, en fusionnant la poudre, puis en ajoutant couche après couche pour construire l'objet. DMLS permet des conceptions jusqu'ici impossibles. , le processus est très lent et produit une métallurgie qui se rapproche mais n'égale pas dans tous les cas la fabrication traditionnelle. Le DMLS est également connu sous le nom de frittage laser sélectif (SLS) ou de fusion laser sélective (SLM).

Dépôt d'énergie dirigée (DED)

Dans cette méthode alimentée en poudre, un flux de poudre métallique hautement concentré est lentement libéré à travers une extrudeuse et est fusionné lorsqu'il rencontre un laser, formant des couches à la surface de La pièce DED est très précise pour l'impression laser 3D de métal et est également utilisée pour réparer des pièces cassées. Cette méthode est connue sous le nom de dépôt de métal au laser ( LMD).

Jet de liant métallique

Cette méthode consiste à appliquer une résine liante liquide sur un matériau métallique en poudre, les couches sont en effet « collées » entre elles puis frittées dans un four à haute température. Ce processus est plus rapide et moins coûteux que les deux autres méthodes; cependant, les résultats ne sont pas aussi forts ou denses que les résultats que vous obtenez avec DMLS ou DED.

Quelques applications pour l'impression laser sur métal

L'impression laser de métal est devenue populaire pour un certain nombre d'applications, du prototypage aux composants fonctionnels dans diverses industries, en passant par la production personnalisée en masse d'articles de tous les jours tels que bijoux et ustensiles de cuisine.

L'impression laser de métal est très populaire dans les applications d'implants dentaires et orthopédiques. Elle permet de personnaliser ces produits pour répondre aux besoins individuels des patients. (Vous pouvez en savoir plus dans notre blog Polissage de pièces métalliques pour 3D Dispositifs médicaux imprimés.) L'impression laser de métal est également largement utilisée dans l'industrie aérospatiale. Par exemple, le moteur à réaction LEAP de nouvelle génération est doté d'injecteurs de carburant imprimés en 3D.

Quelques erreurs courantes

Les gens font des suppositions erronées en ce qui concerne l'impression laser 3D de métal.Cela semble idiot, mais il convient de noter que ce n'est pas parce qu'un produit est conçu à l'aide de la modélisation CAO 3D qu'il est "prêt pour l'impression 3D" ; Les processus d'impression laser 3D nécessitent un post-traitement unique.

Comme pour toute méthode de fabrication, les propriétés du matériau spécifique à utiliser doivent également être prises en compte. Par exemple, une hypothèse est que l'impression laser du métal est un substitut à la coulée de métal. Au contraire, le laser est idéal pour les pièces uniques et complexes qui ne peuvent pas Les propriétés d'un objet métallique imprimé au laser en 3D sont différentes des propriétés du "même" objet lorsqu'il est coulé en métal.

De plus, l'impression laser de pièces métalliques conçues pour un processus tel que le fraisage CNC serait très coûteuse. En effet, les pièces produites de manière soustractive ont plus de masse et de volume, et leurs conceptions ne sont pas optimisées pour les avantages inhérents à la fabrication 3D - essentiellement, des vides et des structures légères et à haute résistance.

Avantages de l'impression laser du métal

Du point de vue d'un ingénieur, les avantages les plus significatifs de l'impression laser 3D de métal sont probablement :

• La capacité de produire des vides entièrement fermés et d'autres caractéristiques impossibles à usiner de manière soustractive
• Des structures qui produisent une résistance extraordinaire des pièces et une conception légère qui était auparavant impossible à réaliser

Pour une industrie telle que l'aviation, où la réduction du poids d'un avion signifie une consommation de carburant réduite, la légèreté est un objectif important.

Du point de vue de l'application, l'avantage le plus important de l'impression laser sur métal serait la « personnalisation de masse » que l'impression laser additive 3D a introduite dans des industries allant des pièces de rechange de l'aviation aux couronnes et ponts dentaires, aux innovations orthopédiques et prothétiques, et bien sûr, toute l'activité de prototypage. Certaines de ces formes uniques ne pourraient jamais être produites de manière soustractive. Même pour ceux qui pourraient être usiné ou coulé à un coût par pièce inférieur, aucune de ces méthodes ne pourrait en théorie approcher les délais de livraison quasi instantanés rendus possibles par l'impression laser 3D du métal.

L'impression laser du métal peut également réduire la quantité de déchets dans le processus de production.Là où les méthodes traditionnelles de découpe soustractive impliquent l'enlèvement de matière pour créer une forme, l'impression laser 3D du métal permet d'obtenir une forme en ajoutant juste le matériel nécessaire.

Tant que la poudre métallique est disponible, l'impression laser 3D est flexible en termes de métaux qu'elle peut utiliser, notamment le titane, l'acier inoxydable, l'inconel et le chrome-cobalt. , ainsi que du laiton, du cuivre, du bronze et des métaux précieux tels que l'or, l'argent et le platine. Cependant, si les défis de l'impression laser 3D en atmosphère inerte ont été surmontés, il reste impossible de recuire correctement certains métaux. Par exemple, alors que le tungstène peut être "construit" via l'impression 3D, le bloc de tungstène métallique qui en résulte est trop fragile pour être utilisable.

Inconvénients de l'impression laser pour les pièces métalliques

L'impression laser 3D additive est certainement réputée pour rendre possible l'impossible, mais qu'en est-il de la précision ? L'impression 3D est-elle une bonne méthode pour fabriquer de petites pièces métalliques de précision ?

Examinons DMLS, la méthode la plus mature et la mieux développée, où les variables importantes déterminant la précision dimensionnelle sont :

• La taille des particules de poudre
• Les intervalles de hauteur des marches de l'ascenseur
• La taille du faisceau laser

Chacun de ces facteurs détermine les tolérances dimensionnelles. La grande taille des particules de poudre métallique permet des marches plus grandes. La hauteur de chaque couche de poudre détermine de la même manière les tolérances qui peuvent être atteintes.
Et probablement la variable la plus importante est la taille du laser. C'est là qu'un petit faisceau vous donne une plus grande précision, et un plus grand produit des dimensions plus imprécises. Le problème est qu'un faisceau laser plus petit génère moins de chaleur, ce qui signifie qu'il mettra plus de temps à faire son travail. Ainsi, vous pouvez avoir une pièce très précise et/ou très petite, mais sa production prendra beaucoup plus de temps, ce qui, à son tour, augmente le coût.

Il y a d'autres façons dont l'impression laser du métal prend du temps.Regardez encore une fois le très populaire DMLS, où chaque pièce a un minuscule point d'attache, comme le petit fil qui maintient un nid de guêpes suspendu à un porche. Si vous avez 10 000 pièces imprimées au laser, cela signifie que vous avez 10 000 points de fixation qui doivent être séparés. Cette tâche de séparation de la base est généralement réalisée à l'aide d'EDM; mais quelle que soit la méthode utilisée, le faire 10 000 fois annule la plupart sinon tous les avantages additifs.

La réalité est qu'une véritable production de masse n'est toujours pas possible avec l'impression laser 3D de métal, ce qui rend peu pratique et coûteuse la production de dizaines de milliers de très petites De plus, il y a le coût initial élevé de l'imprimante 3D :au moins 100 000 $ pour certains des plateaux les plus récents, qui visent à perturber les perturbateurs précédents, jusqu'à plus d'un million de dollars. pour les imprimantes à atmosphère contrôlée utilisées avec des métaux comme le titane ou les enceintes géantes nécessaires aux machines destinées à fabriquer des pièces aéronautiques. Ce coût élevé signifie que, quelle que soit l'application proposée, l'imprimante laser doit "ajouter" quelque chose de vraiment unique pour "soustraire" de la valeur des méthodes traditionnelles de fabrication des métaux.

Que nous réserve l'avenir ?

Nous ne voulons pas que vous pensiez que nous sommes têtus ou résistants au changement. En fait, nous aimerions remercier notre ami Scott Cohen et son partenaire, David Bell, chez New Lab. Ils connaissent l'avenir aussi bien que quiconque, et nous ne doutons pas que quelqu'un chez New Labs résoudra un jour certains des problèmes auxquels nous sommes actuellement confrontés.

Alors que le développement d'imprimantes laser 3D de la taille d'un bureau - plutôt que d'énormes machines de taille industrielle - rendra la technologie plus accessible, nous ne pensons toujours pas que l'impression laser du métal soit appropriée. pour de gros volumes de petites pièces de précision Dans ce cas, les petites machines ne font pas les petites pièces. Mais bien sûr, un jour, nous aurons peut-être tort !

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