Qu'est-ce que la fusion en lit de poudre ?

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Powder Bed Fusion

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.

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 

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). Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Ils sont comparables au processus SLS, car tous deux utilisent un laser comme source d'énergie.

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.

fusion de lits de poudre

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. 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. 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. 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. 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. 5. Après l'impression et le refroidissement à température ambiante, une finition finale est effectuée.

Post-traitement de l'impression 3D de métaux

Après l'impression, post-traitement de l'impression 3D de métaux est réalisée à l'aide de différentes 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.

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Plus d'informations
Lire la vidéo sur Explication d'une scie à ruban_ comment retirer les pièces imprimées de la plate-forme de construction

Avantages de la fusion en lit de poudre

Les avantages de la Powder Bed Fusion (PBF) en 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.
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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

En résumé, il peut être conclu que la Powder Bed Fusion (PBF) joue un rôle central dans la fabrication moderne.

Elle permet de fabriquer des objets hautement complexes et personnalisés. La technologie PBF a ouvert de nouvelles possibilités dans la production de pièces avec des géométries complexes, qui ne seraient pas réalisables avec des méthodes de fabrication traditionnelles. Les matériaux en poudre, tels que les métaux ou les plastiques, sont précisément façonnés en une forme tridimensionnelle conformément aux données CAO à l'aide d'énergie laser ou de faisceau d'électrons.

Cette fabrication additive (PBF) trouve une application particulière dans le secteur dentaire et médical, l'aérospatiale, l'industrie automobile et la construction de machines. Elle offre des avantages significatifs pour ces secteurs en termes de liberté de conception, de réduction des coûts et d'efficacité de production.

FAQ : Powder Bed Fusion

La fusion sur lit de poudre (PBF) est un processus de fabrication additive (impression 3D) dans lequel les objets sont construits couche par couche sur la base de données de CAO à partir d'un lit de poudre. Une source d'énergie, telle qu'un laser ou un faisceau d'électrons, chauffe sélectivement le lit de poudre pour créer la géométrie souhaitée.

La fusion sur lit de poudre (PBF) est un terme général désignant diverses technologies d'impression 3D dans lesquelles les objets sont créés couche par couche à partir d'un lit de poudre. Le frittage sélectif par laser (SLS) est l'une des méthodes PBF et traite des poudres à base de polymères telles que le nylon ou le PEKK. Les particules de poudre sont fusionnées à l'aide d'un laser pour former des composants solides. Toutefois, les poudres métalliques ne sont pas utilisées dans le SLS.

En revanche, les procédés de fusion sur lit de poudre métallique, tels que la fusion sur lit de poudre laser (LPBF) et la fusion sur lit de poudre par faisceau d'électrons (EBPBF), fonctionnent avec des poudres métalliques. Alors que le LPBF fait fondre entièrement la poudre métallique et la traite dans une atmosphère protectrice inerte, le SLS ne nécessite pas d'atmosphère protectrice et traite exclusivement des matières plastiques.

En résumé, la SLS est l'une des nombreuses technologies PBF, mais elle diffère des méthodes basées sur les métaux telles que la LPBF ou l'EBPBF en termes de matériaux et de processus.

La fusion laser sur lit de poudre (LPBF) est un terme utilisé pour décrire les technologies d'impression 3D basées sur le laser qui permettent la production de pièces métalliques denses et à haute résistance avec des géométries complexes. La fusion sélective par laser (SLM) et le frittage direct par laser (DMLS) sont des exemples de ces technologies.

La différence essentielle entre la fusion laser sur lit de poudre (LPBF) et la fusion sur lit de poudre par faisceau d'électrons (EBPBF) réside dans la source d'énergie utilisée et l'environnement d'impression requis.

Le 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.

L'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.

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Auteur : Markus Wolf

Passionné par l'impression 3D, tout en étant
CTO et cofondateur de l'entreprise. CTO et Co-Fondateur de 2onelab.

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