Qu’est-ce que l’impression 3D métal et comment fonctionne-t-elle ?
Qu’est-ce que l’impression 3D métal ? Comment fonctionne cette technologie additive ?
Nous allons voir les principes de base de la fusion sélective par laser (SLM) et du frittage direct par laser métallique (DMLS). Apprenez les mécanismes fondamentaux du SLM et du DMLS et comment ils sont liés aux principaux avantages et limites de l’impression 3D.
Quelles sont les technologies SLM et DMLS ? En quoi sont-elles différentes ?
La fusion sélective par laser (SLM) et le frittage direct par laser métallique (DMLS) sont deux procédés de fabrication additive métallique. Appartenant tous deux, à la famille de l’impression 3D par fusion sur lit de poudre. Ces deux technologies présentent de nombreuses similitudes. Elles utilisent toutes deux un laser pour balayer et fusionner (ou faire fondre) de manière sélective les particules de poudre métallique. En liant entre elles et en construisant une pièce couche par couche. En outre, les matériaux utilisés dans les deux procédés sont des métaux qui se présentent sous forme de granulés.
Les différences entre SLM et DMLS se résument aux principes fondamentaux du processus de liaison des particules (et aussi aux brevets). Le SLM utilise des poudres métalliques ayant une température de fusion unique et fait fondre entièrement les particules. Tandis que dans le DMLS, la poudre est composée de matériaux ayant des points de fusion variables qui fusionnent au niveau moléculaire à des températures élevées.
Le SLM produit des pièces à partir d’un seul métal. Alors que le DMLS fonctionne grâce à des alliages métalliques.
Le SLM et le DMLS sont tous deux utilisés dans le milieu industriel pour créer des produits d’ingénierie à usage final. Nous utilisons le terme impression 3D métal pour désigner les deux procédés en général. Nous décrivons les mécanismes de base du processus de fabrication qui sont nécessaires aux ingénieurs mais aussi aux concepteurs pour comprendre les avantages et les limites de la technologie.
Il existe d’autres procédés de fabrication additive qui peuvent être utilisés pour produire des pièces métalliques denses. En effet, la fusion par faisceau d’électrons (EBM) et la fabrication additive par ultrasons (UAM).
Comment fonctionne l’impression 3D métal ?
Le processus de fabrication de base est similaire pour le SLM et le DMLS. Voici comment il fonctionne :
La chambre de fabrication est d’abord remplie d’un gaz inerte pour minimiser l’oxydation de la poudre métallique. Puis elle est chauffée à la température de fabrication optimale.
Une fine couche de poudre métallique est étalée sur la plateforme de construction et un laser haute puissance balaie la section transversale du composant. Il fait fondre (ou fusionner) les particules de métal ensemble afin de créer la couche suivante. Toute la surface du modèle est scannée, de sorte que la pièce est construite entièrement solide.
Lorsque le processus de balayage est terminé. La plate-forme de construction se déplace vers le bas d’une épaisseur de couche et le réaplicateur répand une autre fine couche de poudre métallique. Le processus est répété jusqu’à ce que la pièce soit produite.
Lorsque le processus de fabrication est terminé. Les pièces sont entièrement encapsulées dans de la poudre métallique. Contrairement au procédé de fusion sur lit de poudre de polymère (tel que le SLS). Les pièces sont fixées à la plateforme de fabrication par des structures de support. Dans l’impression 3D métallique, le support est construit avec le même matériau que la pièce. Et est toujours nécessaire pour atténuer le gauchissement et la déformation. Qui peuvent tous deux se produire en raison des températures de traitement élevées.
Lorsque le bac refroidit à la température ambiante. L’excès de poudre est enlevé manuellement et les pièces sont généralement traitées thermiquement. Tandis qu’elles sont encore fixées à la plateforme de construction afin d’éliminer toute contrainte résiduelle. Ensuite, les composants sont détachés de la plaque de construction par découpe, usinage ou électroérosion à fil et sont prêts à être utilisés ou à subir un post-traitement supplémentaire.
Structure de support et orientation des pièces
Les structures de support sont toujours nécessaires dans l’impression sur métal. En raison de la température de traitement très élevée .Elles sont généralement construites en utilisant un modèle de treillis.
Dans l’impression 3D sur métal, le support remplit trois fonctions différentes :
- Ils offrent une plateforme appropriée pour la couche suivante à construire.
- Ils ancrent la pièce sur la plaque de construction et empêchent le gauchissement.
- Ils agissent comme un puits de chaleur en éloignant la chaleur de la pièce. Lui permettant de refroidir à un rythme plus contrôlé.
Les pièces sont souvent orientées en biais pour minimiser le risque de déformation et maximiser la résistance de la pièce dans les directions critiques. Cependant, cela augmente la quantité de support nécessaire, le temps de construction, la perte de matériau et (finalement) le coût total.
Le warping (gauchissement) est également minimisé en utilisant des modèles de balayage aléatoires. Cette stratégie de balayage empêche l’accumulation de contraintes résiduelles dans une direction particulière. De plus, elle ajoute une texture de surface caractéristique à la pièce.
Le coût de l’impression sur métal est très élevé. Les simulations sont utilisées pour prédire le comportement de la pièce pendant le traitement. Les algorithmes d’optimisation de la topologie sont également utilisés non seulement pour maximiser les performances mécaniques et créer des pièces légères. Mais aussi pour minimiser le besoin de structure de support et la probabilité de déformation.
Quels sont les avantages et les limites de l’impression 3D métal ?
Voici les principaux avantages et inconvénients des procédés d’impression 3D en métal :
Ils sont utilisés pour fabriquer des pièces complexes, sur mesure, avec des géométries uniques. Dont les méthodes de fabrication traditionnelles sont incapables de produire ou très coûteux.
- Ils sont optimisés sur le plan topologique afin de maximiser leurs performances tout en minimisant leur poids et le nombre total de composants dans un assemblage.
- Ils ont d’excellentes propriétés physiques et une gamme de matériaux disponibles large. De plus, ils comprennent des matériaux difficiles à traiter autrement, comme les superalliages métalliques.
- Les coûts de matériaux et de fabrication liés à l’impression 3D en métal sont élevés. Ces technologies ne conviennent pas aux pièces qui peuvent être facilement fabriquées par des méthodes traditionnelles.
- La taille de construction des systèmes d’impression 3D en métal est limitée. Des conditions de fabrication précises et un contrôle du processus sont nécessaires.
- Les conceptions déjà existantes ne correspondent pas toute à l’impression 3D métal et doivent être modifiées.