Powder Bed Fusion (PBF) révolutionne la technologie de fabrication en permettant la production de pièces hautement complexes et personnalisées. Dans cet article de blog, découvrez ce qu'est exactement le PBF, quelles technologies et terminologies lui sont associées, ses avantages ainsi que les secteurs dans lesquels il est utilisé.
Points clés en bref
- Powder Bed Fusion (PBF) fabrique des pièces complexes en plastique et en métal couche par couche à l'aide d'un laser ou d'un faisceau d'électrons.
- Les technologies comprennent le SLS pour les polymères et le LPBF/EBPBF pour les métaux.
- Le PBF métal fait fondre les poudres dans des atmosphères contrôlées pour une grande précision et résistance.
- Utilisation dans des industries telles que le médical, l'aérospatial, l'automobile et l'ingénierie mécanique.
Powder Bed Fusion
Powder Bed Fusion (PBF) fait partie de la fabrication additive (impression 3D) et permet la production d'objets imprimés en 3D selon le principe de la superposition de couches, à partir des données d’un fichier CAO. Les couches sont construites successivement à partir d’un lit de poudre jusqu'à obtenir la forme souhaitée. Une caractéristique essentielle du procédé PBF est l'utilisation d'une source d'énergie (laser ou faisceau d'électrons) qui chauffe précisément la surface du matériau en poudre pour créer la géométrie désirée.
Technologie de Powder Bed Fusion
Il existe différentes méthodes d'impression 3D basées sur la technologie Powder Bed Fusion (PBF). Celles-ci se distinguent par la source d'énergie utilisée, le matériau employé et le mode de déroulement du processus.
Le frittage sélectif par laser (SLS) fait partie des procédés PBF qui utilisent des poudres polymères (par exemple, nylon, PEKK). Ces poudres sont frittées couche par couche au moyen d’un laser pour former des pièces solides. Les poudres métalliques ne sont pas utilisées dans ce procédé.
Les procédés de fusion en lit de poudre métallique se divisent en deux catégories : l'impression 3D avec un faisceau laser (LPBF) et un faisceau d'électrons (EPBF), tous deux protégés par des technologies brevetées. Pour en savoir plus sur le LPBF et l'EPBF, voir ci-dessous.
Laser Powder Bed Fusion
Laser Powder Bed Fusion
Des technologies telles que la fusion sélective par laser (SLM) ou le frittage direct de métaux par laser (DMLS) appartiennent à la catégorie des technologies de fusion sélective par laser (SLM).
Une différence importante entre LPBF et SLS réside dans le fait que la poudre métallique est non seulement frittée, mais complètement fondue dans le cas du LPBF. Au lieu de polymères, les matériaux métalliques tels que l’aluminium, le titane, les aciers, le cobalt-chrome ou l’inconel sont traités lors du LPBF.
Ces matériaux sont fondus pendant le processus d'impression dans une atmosphère protégée (par exemple, de l'argon ou de l'azote) et sont construits en couches pour former un objet. L'atmosphère inerte empêche l'oxydation de la poudre métallique pendant le processus de fusion. En revanche, une atmosphère protégée n'est pas nécessaire pour les plastiques et le procédé SLS.
Electron Beam Powder Bed Fusion
La fusion de lit de poudre par faisceau d'électrons (EBPBF), également connue sous le nom de fusion par faisceau d'électrons (EBM), fonctionne de manière similaire au processus LPBF. Cependant, au lieu d'un laser, un faisceau d'électrons est utilisé dans le processus d'impression pour faire fondre et fusionner la poudre métallique. Ce processus se déroule dans une chambre à vide afin d'éviter l'oxydation du métal, la contamination, la fumée et les émanations, tout en permettant un contrôle plus précis du faisceau d'électrons.
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- Procédé de fusion laser sur lit de poudre par 2onelab
Processus de fusion par lit de poudre
Le processus de fabrication essentiel est similaire tant pour le LPBF (Laser Powder Bed Fusion) que pour le EBPBF (Electron Beam Powder Bed Fusion). Découvrez ci-dessous les étapes du processus Powder Bed Fusion avec des métaux :
- 1. Tout d'abord, la chambre de construction est remplie de gaz inerte (par exemple, de l'argon pour le LPBF) ou placée dans un environnement sous vide (pour l'EBPBF) afin d'empêcher l'oxydation de la poudre métallique, puis elle est chauffée à la température optimale de construction.
- 2. Une fine couche de poudre métallique est répartie sur la plateforme de construction, et un laser haute performance (pour le LPBF) ou un faisceau d'électrons (pour l'EBPBF) fait fondre la section transversale de la pièce, formant ainsi la couche suivante.
- 3. Après la fin du processus de scan, la plateforme de construction se déplace vers le bas d'une épaisseur de couche, et le revêtement répartit une nouvelle couche de poudre. Ce processus est répété jusqu'à ce que la pièce soit complètement construite.
- 4. Contrairement au frittage sélectif par laser (SLS), les pièces dans l'impression 3D métallique sont fixées à la plateforme de construction à l'aide de structures de support, ce qui empêche les déformations et les distorsions.
- 5. Après l'impression et le refroidissement à température ambiante, une finition finale est effectuée.
Post-traitement de l'impression 3D métallique
Après l'impression, le post-traitement de l'impression 3D de métaux est effectué à l'aide de diverses méthodes. L'objectif est d'optimiser les propriétés mécaniques, la précision, la qualité de la surface et l'apparence des pièces métalliques imprimées en 3D.
Parmi les étapes de post-traitement nécessaires, on trouve l'élimination du poudre excédentaire et des structures de support. Un traitement thermique (recuit) est souvent utilisé pour réduire les tensions résiduelles dans l'objet métallique et améliorer les propriétés mécaniques.
L'ouvrage métallique peut être modifié par usinage CNC pour réaliser, par exemple, des perçages et des filetages. Pour optimiser la qualité de surface et la résistance à la fatigue, des procédés tels que le sablage, le polissage ou les revêtements métalliques sont utilisés.
Avantages de la fusion en lit de poudre
Les avantages de la fusion en lit de poudre (PBF) dans la fabrication de pièces métalliques sont particulièrement évidents lorsqu'on les compare aux méthodes de fabrication traditionnelles, telles que la fabrication soustractive.
- Géométries complexes:La fabrication de structures délicates et complexes qui ne peuvent pas être réalisées avec les méthodes de fabrication traditionnelles.
- Personnalisation:Des composants précis, robustes et légers peuvent être créés individuellement à partir d'un fichier CAD.
- Efficacité et gain de temps : La fabrication d'objets en une seule pièce plutôt qu'en plusieurs composants réduit les coûts de production et de fabrication, tout en diminuant les travaux manuels.
- Écologie : Une meilleure efficacité énergétique, des trajets de transport réduits et une diminution du gaspillage des matières premières.
Applications de la fusion en lit de poudre
Les secteurs nécessitant une forte personnalisation, une précision d'ajustement, des structures complexes ainsi qu'une efficacité économique, et ayant besoin de petites séries ou de prototypes, bénéficient particulièrement de la technologie PBF.
Applications de la fusion sur lit de poudre : les secteurs typiques comprennent la technologie médicale (en particulier les prothèses médicales et la technologie dentaire), l'aérospatiale, l'industrie automobile ainsi que la fabrication d'outils et de machines.
Conclusion - Powder Bed Fusion
Powder Bed Fusion (PBF) est une technologie clé de la fabrication additive moderne, permettant la production de composants très complexes et personnalisés en métal ou en plastique. En utilisant l'énergie d'un laser ou d'un faisceau d'électrons pour construire les pièces couche par couche à partir de données CAO, le PBF offre une liberté de conception, une précision et une efficacité exceptionnelles.
La technologie est largement utilisée dans des secteurs tels que la technologie médicale et dentaire, l’aérospatiale, l’automobile et l’ingénierie mécanique, où des géométries complexes et des pièces haute performance sont requises.
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FAQ : Powder Bed Fusion
Qu’est-ce que Powder Bed Fusion ?
La fusion sur lit de poudre (PBF) est une catégorie de procédés de fabrication additive (impression 3D). dans lequel les pièces sont construites couche par couche à partir d'un lit de poudre sur la base de données de CAO.
Une source d'énergie - généralement un laser ou un faisceau d'électrons - chauffe sélectivement des zones spécifiques du lit de poudre pour former la géométrie souhaitée, tandis que la poudre non fusionnée reste en place pour soutenir la pièce pendant l'impression.
Powder Bed Fusion est-il identique à SLS ?
Non. La fusion en lit de poudre (PBF) est un terme générique. qui englobe plusieurs technologies d'impression 3D différentes.
Frittage sélectif par laser (SLS) est un procédé PBF spécifique. Il utilise un laser pour fusionner des poudres à base de polymères, comme le nylon ou le PEKK, en composants solides. Le SLS est limité aux plastiques et ne traite pas les poudres métalliques.
Technologies PBF basées sur les métaux, Les procédés de fusion sur lit de poudre au laser (LPBF) et de fusion sur lit de poudre par faisceau d'électrons (EBPBF) diffèrent fondamentalement de la SLS. Ces procédés utilisent des poudres métalliques et font fondre complètement le matériau au lieu de le fritter. Le LPBF utilise un laser dans une atmosphère protectrice inerte, tandis que l'EBPBF utilise un faisceau d'électrons dans un environnement sous vide.
En résumé, le SLS est un type de technologie Powder Bed Fusion, mais il diffère considérablement des procédés PBF métalliques en termes de matériaux, de source d’énergie et d’environnement de traitement.
Qu'est-ce que la fusion laser sur lit de poudre ?
Fusion laser sur lit de poudre (LPBF) est un terme utilisé pour décrire les technologies d'impression 3D basées sur le laser qui permettent de produire des pièces métalliques denses et très résistantes avec des géométries complexes. Parmi ces technologies, on peut citer la fusion sélective par laser (SLM) et le frittage direct de métaux par laser (DMLS).
En quoi Laser Powder Bed Fusion diffère-t-il d’Electron Beam Powder Bed Fusion ?
La différence essentielle entre Fusion laser sur lit de poudre (LPBF) et Fusion en lit de poudre par faisceau d'électrons (EBPBF) réside dans la source d'énergie utilisée et l'environnement d'impression requis.
LPBF utilise un laser comme source d'énergie, ce qui nécessite une atmosphère inerte protectrice (argon ou azote, par exemple) pour protéger le matériau métallique de l'oxydation.
EBPBF utilise un faisceau d'électrons au lieu d'un laser et se déroule dans un environnement sous vide afin d'éviter l'oxydation et la contamination des métaux, tout en permettant un contrôle plus précis du faisceau d'électrons.
Autres liens :
Auteur : Markus Wolf
Passionné par l'impression 3D, tout en étant
Directeur technique et cofondateur de 2onelab.
