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Jun 18, 2023

Fabriquer des pièces métalliques : pas pour les nuls

Imaginons que vous ne sachiez rien de la fabrication additive (FA), plus communément appelée impression 3D. Étant donné que cette technologie révolutionnaire existe depuis plus de trois décennies,

Imaginons que vous ne sachiez rien de la fabrication additive (FA), plus communément appelée impression 3D. Étant donné que cette technologie révolutionnaire existe depuis plus de trois décennies, cette hypothèse est hautement improbable, mais constitue néanmoins la prémisse de cet article de style « nul ». Si vous êtes déjà un expert en la matière, n'hésitez pas à faire quelque chose de plus intéressant, comme imprimer en 3D des pièces sympas ou regarder en frénésie la dernière série Netflix.

Pour tous les autres, commençons par un aperçu très simpliste de la fabrication additive. Chacune des sept technologies de fabrication additive reconnues par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) commence par un modèle CAO 3D de la pièce souhaitée. Ce fichier est rendu numériquement comme une miche de pain en milliers, voire centaines de milliers de tranches fines comme du papier avant d'être transmis à l'imprimante 3D.

Plusieurs des technologies les plus courantes utilisent une source de lumière laser ou LED pour tracer successivement le profil et les sections intérieures de chaque couche sur la surface d'une cuve de résine ou d'un lit de poudre de métal ou de polymère, solidifiant ainsi ces zones. Une fois que chaque couche est terminée, du matériau supplémentaire est tiré sur la pièce en plein essor et le processus se poursuit encore et encore de bas en haut jusqu'à ce que la pièce soit terminée.

Il existe également des systèmes qui utilisent une tête d'extrusion comme un pistolet à colle chaude pour fabriquer des pièces. Certains pulvérisent de la poudre de métal ou extrudent un fil fin sur le trajet d'une source d'énergie focalisée (un laser ou un faisceau d'électrons), déposant ainsi du métal en fusion sur la surface de travail, tandis que d'autres pulvérisent sélectivement un liant polymère sur un lit de poudre, créant ainsi une pièce « verte ». qui doit ensuite être fritté dans un four. D'autres méthodes existent et des détails supplémentaires suivront, mais c'est AM en un mot. Simple, non ?

Comme mentionné, AM est avec nous depuis longtemps. Autrefois limitée à l'impression de polymères, elle s'est depuis étendue aux céramiques de qualité technique, aux matériaux composites contenant de la fibre de carbone ou de l'aramide (Kevlar), et peut-être plus particulièrement aux métaux et à leurs divers alliages. Nous discuterons de l'impression 3D de polymères et d'autres matériaux non métalliques dans un prochain rapport sur l'industrie de la fabrication additive. Le reste de celui-ci, cependant, se concentrera sur la fabrication additive métallique, la fabrication beaucoup plus jeune (et pour le moment, plus petite mais plus rapide). (en croissance) de ce qui est devenu un marché de plusieurs milliards de dollars.

Hans Langer, fondateur d'Electro Optical Systems (EOS) à Krailling, en Allemagne, pourrait argumenter sur le point « beaucoup plus jeune ». En 1994, huit ans seulement après que l'inventeur de la stéréolithographie Charles Hull a fondé 3D Systems, la société de Langer a mis à profit son expertise en matière d'impression de poudres polymères (également connue sous le nom de frittage sélectif par laser, ou SLS) pour présenter l'EOSINT M 160, une machine que lui et beaucoup d'autres considèrent comme être la première imprimante 3D métal.

Cette machine utilisait un mélange de métaux en poudre tels que le nickel et le bronze pour imprimer des pièces présentant des propriétés mécaniques similaires à celles fabriquées via la technologie de moulage par injection de métal (MIM). Il s’agissait clairement d’un énorme pas en avant, mais il faudra attendre encore une décennie avant qu’EOS ne commence à vendre des imprimantes 3D capables de créer des pièces métalliques « entièrement denses », ouvrant ainsi la porte à une adoption de plus en plus répandue dans les secteurs de l’aérospatiale, de la médecine, des transports et de l’énergie.

Langer et son équipe ont surnommé cette première technologie « frittage direct de métal par laser » ou DMLS, un acronyme qui n’est plus tout à fait exact. Comme indiqué, ces premières machines à lit de poudre nécessitaient du bronze ou un métal similaire à basse température de fusion pour agir comme liant ; en revanche, les imprimantes DMLS modernes disposent d'une puissance laser suffisante pour faire fondre ou « fusionner » même les matériaux les plus résistants à la chaleur, notamment le titane, l'Inconel, l'Hastelloy et les métaux réfractaires comme le tungstène et le niobium. C'est pourquoi EOS a depuis remplacé le verbe DMLS « frittage » par « schmelzen » (en allemand pour « fondre »), un terme plus précis et qui leur permet également de conserver leur acronyme de longue date et leur marque déposée.

Bref cours d'histoire mis à part, EOS doit faire face à de nombreux concurrents d'autres fabricants d'imprimantes 3D, dont beaucoup ont leurs propres acronymes. Par exemple, SLM Solutions Group AG a déposé sa technologie homonyme de lit de poudre métallique SLM, abréviation de fusion laser sélective. Concept Laser, qui fait désormais partie de GE Additive, possède sa technologie LaserCUSING, 3D Systems propose le DMP (impression directe sur métal), TRUMPF a développé la fusion laser métal (LMF) et Velo3D propose son système Sapphire avec son processus de fusion intelligente sous-jacent.