Qu'est-ce que l'impression 3D métallique ? Quels sont les principaux avantages et où l'impression 3D métallique est-elle effectivement utilisée aujourd'hui ?
Dans cet article de blog, vous découvrirez les secteurs d'activité dans lesquels l'impression 3D métal est utilisée et les principes de base de chaque procédé d'impression 3D métal. La comparaison avec la « fabrication traditionnelle » permet de dégager des avantages qui mettent en lumière l'état actuel et les opportunités potentielles de la technologie.
Impression 3D métal - Fonctionnement
Comme tous les autres procédés d'impression 3D, ,l'impression 3D métal, permet de fabriquer des objets en ajoutant de la matière couche par couche sur la base de données de conception 3D numériques (fichier CAO). C'est de là que vient le terme de Fabrication Additive (AM : Additive Manufacturing en anglais).
Des objets de haute précision avec des géométries complexes peuvent être fabriqués de manière automatisée, sur la base de la technologie du principe de construction par couches. Ils ne nécessitent pas d'outils spéciaux (par exemple un moule) pour leur réalisation, contrairement aux méthodes de fabrication traditionnelles, comme la fabrication soustractive (usinage CNC) - ou par moulage (coulée de métal).
Les étapes de travail de la Fabrication Additive se distinguent en 3 processus principaux. Dans le pré-processus, des préparations sont effectuées avant le processus d'impression proprement dit de l'objet (in-process). Après l'impression, on procède au traitement ultérieur (post-process), qui comprend par exemple l'élimination des structures de soutien ou le traitement de la surface. En règle générale, l'étape du post-traitement n'est pas supprimée.
Fabrications traditionnelles de Métal
Outre l'impression 3D métal, il existe d'autres fabrications métalliques traditionnelles que nous allons brièvement évoquer ci-dessous.
Fabrication Soustractive
La fabrication soustractive fait partie des méthodes classiques de fabrication des métaux. Elle consiste à extraire une forme d'un bloc métallique initial plus grand ou d'une ébauche. Pour ce faire, le matériau est retiré du bloc de métal de manière contrôlée par tournage, fraisage, meulage ou perçage, manuellement ou par usinage CNC.
Fabrication Formative
La fabrication formative ne consiste pas à retirer du métal du matériau de base ou à ajouter du matériau, mais à déformer ou à modeler un volume donné par la chaleur et/ou la pression. Il s'agit notamment de la technique de coulée et de la technique de pressage. Le moulage, l'estampage ou le forgeage sont des exemples typiques de ce type de fabrication.
Applications d'Impression 3D Métal
L'impression 3D métal est surtout utilisée dans les secteurs où les géométries complexes, la personnalisation poussée, la précision et le souci du détail sont particulièrement importants.
Ces exigences se retrouvent par exemple dans les techniques médicales et dentaires (prothèses), mais aussi dans l'industrie automobile, l'aérospatiale ou la construction d'outils et de machines (outillage additif et prototypage).
Soins de Santé (Technologie Médicale et Dentaire)
Les imprimantes 3D métal ont la capacité de créer des structures complexes basées sur l'anatomie d'un individu. Cela rend l’impression 3D métallique particulièrement intéressante pour les industries médicale et dentaire, c’est pourquoi aujourd’hui, les prothèses et implants personnalisés sont principalement imprimés à partir de matériaux biocompatibles tels que le titane.
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- Ponts métalliques imprimés en 3D par 2onelab
Aérospatiale
L'industrie aérospatiale profite du développement continu de l'impression 3D. Ce qui est particulièrement essentiel pour cette industrie, c'est la construction légère, qui se caractérise, par exemple, par des structures internes et des contre-dépouilles. L'impression 3D métal simplifie la production de ces composants et permet une réduction significative du poids et du coût de production, tout en maintenant une stabilité et une qualité élevées.
Industrie Automobile
Dans l'industrie automobile également, l'impression 3D métal a rapidement trouvé une application en tant que possibilité de fabrication de produits finis. Les véhicules hautes performances et les voitures de course sont actuellement les principales applications de l'impression 3D métal.
Construction d'Outils et de Machines (Rapid Tooling & Prototyping)
Entre-temps, l'impression 3D métal est également utilisée pour la fabrication d'outils et de composants d'outils ainsi que pour la construction de moules (Additive Tooling ou Rapid Tooling). Elles sont également utilisées dans la « fabrication traditionnelle de métal ». Exemples : Moulage en sable, moulage de précision.
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- Buse de refroidissement en métal imprimée en 3D par 2onelab
Dans le cadre du Rapid Prototyping (prototypage), l'impression 3D métal permet de réaliser rapidement et de manière rentable des prototypes complexes, des petites séries ou des produits sur mesure. Ce procédé est utilisé dans la construction mécanique, l'aérospatiale, l'industrie automobile, mais aussi dans le secteur de la santé ou de l'architecture.
Avantages de l'Impression 3D Métal
Avantages de l'impression 3D métal par rapport à la fabrication traditionnelle du métal
La fabrication traditionnelle de métaux, telle que la fabrication soustractive (usinage CNC) ou la fabrication formative (moulage de métaux), a ses propres avantages et utilisations. Cependant, l'impression 3D de métaux présente des avantages significatifs qui offrent une valeur ajoutée particulière pour certaines industries.
- Géométries Complexes
L'impression 3D métal permet de fabriquer des structures aussi complexes et délicates, ce qui n'est pas réalisable avec les méthodes de fabrication traditionnelles. - Haute Précision et Personnalisation
Il est possible de réaliser des fabrications d'une précision exceptionnelle tout en conservant la robustesse, la légèreté et la qualité. À cela s'ajoute un haut degré de personnalisation (fichier CAO). - Rentabilité et Gain de Temps
Une meilleure rentabilité est obtenue en créant des objets à partir d'une seule pièce plutôt qu'en assemblant plusieurs pièces comme auparavant. Cela réduit les coûts de fabrication et de production ainsi que les tâches manuelles, ce qui permet de gagner du temps. - Indépendance par rapport au Lieu de Production
Les imprimantes 3D métal fonctionnent via une interface numérique, ce qui permet de les utiliser de manière décentralisée et sans contrainte de lieu (Cloud Producing). - Respect de l'Environnement
L'impression 3D métal et la durabilité ne s'excluent pas mutuellement. Celle-ci offre une meilleure efficacité énergétique, une réduction des distances de transport et du gaspillage ou de la consommation de matières premières.
Avantages de 2Create et 2Create Plus
2Create et son grand frère 2Create Plus offrent tous les avantages de l'impression 3D en métal et séduisent par les caractéristiques suivantes.
Les avantages en un coup d'œil :
- Fabriqué en Allemagne
- Facile à utiliser
- Polyvalence des matériaux
- Changement rapide des matériaux
- Impression instantanée
- Des délais de production courts
- Rapport coût-efficacité
- Un soutien optimal à la clientèle
Procédés d'Impression 3D avec du Métal
Découvrez ci-dessous les procédés d’impression 3D métal les plus courants ainsi que des informations supplémentaires sur les fonctions spécifiques.
Powder Bed Fusion
Dans le processus sur lit de poudre, les particules de poudre métallique sont fondues sélectivement ensemble à l'aide de lasers haute performance (DMLS/SLM) ou de faisceaux d'électrons (EBM), de sorte que l'objet métallique soit créé couche par couche. Nous utilisons la fusion par faisceau laser dans nos imprimantes 3D métal 2Create et 2Create Plus.
Évaluation : Le procédé de lit de poudre représente actuellement la possibilité la plus précise de fabriquer des composants pour des produits finis en 3D. Il évite les longs processus de frittage en aval et permet d'obtenir une pièce de densité et de précision optimales après l'impression.
Metal Binder Jetting
Lors du procédé Metal Binder Jetting, une poudre métallique est liée par endroits à un liant liquide selon un modèle CAO, par couches successives. La pièce « verte » qui en résulte est ensuite soumise à un traitement thermique (déliantage) et à un compactage (frittage) pour éliminer le liant et obtenir la pièce métallique finale.
Évaluation : Le processus d'impression proprement dit se déroule rapidement, mais il faut beaucoup de temps, jusqu'à 24h, pour les processus de déliantage et de frittage de la pièce verte. Un inconvénient majeur du procédé de Binder Jetting est le faible respect des tolérances, car les composants se rétractent fortement après le processus de frittage, ce qui entraîne une perte de la précision dimensionnelle.
Metal Material Extrusion
Dans le cas de l'extrusion de matériaux métalliques, un filament ou une barre de polymère et de poudre métallique est fondu(e) et extrudé(e) à travers une filière sur une plate-forme pour constituer l'ébauche couche par couche (procédé FDM). Celle-ci est ensuite retravaillée (déliantage et corroyage), ce qui permet d'obtenir la pièce entièrement métallique.
Evaluation : Le procédé MME, tout comme le Metal Binder Jetting, nécessite beaucoup de temps pour le déliantage et le frittage. De plus, il existe ici aussi une faible précision des tolérances, ce qui entraîne une perte de la précision dimensionnelle après le processus de frittage.
Directed Energy Deposition (DED)
Le procédé de rechargement par soudage en combinaison avec des métaux (poudre ou fil) est souvent utilisé pour la finition de surface ou pour la réparation et la modification de composants existants. En fonction du procédé, le matériau est fondu à l'aide d'un laser, d'un faisceau électrique ou d'une source de plasma.
Evaluation : L'inconvénient de ce procédé est qu'il ne convient pas à la fabrication de nouveaux objets, mais qu'il est excellent pour la réparation de composants.
Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM)
Lors de la fabrication additive par ultrasons (UAM), les feuilles métalliques sont fusionnées couche par couche par soudage par ultrasons, puis façonnées à la forme souhaitée par usinage CNC.
Evaluation : Certaines combinaisons de métaux ne conviennent pas au procédé UAM en raison de problèmes d'assemblage des couches. De plus, tous les métaux ne sont pas éligibles pour le procédé, ce qui limite le choix des matériaux.
Comme indiqué ci-dessus, il existe différents procédés d'impression 3D métal qui sont choisis en fonction des exigences souhaitées. Parmi les procédés d'impression 3D en métal les plus répandus aujourd'hui, on trouve : le lit de poudre (DMLS/SLM et EBM), suivi du jet de liant et de l'extrusion de métal.
Métaux pour l'Impression 3D
Les métaux pour l'impression 3D sont utilisés sous différentes formes et compositions (poudre, fil, liquide, filament) pour créer des objets. Un avantage important par rapport à la fabrication traditionnelle de métal est que les imprimantes 3D métal peuvent très bien traiter des matériaux très résistants comme les superalliages de nickel ou de cobalt-chrome.
Les métaux et alliages métalliques acier inoxydable, titane, aluminium, cobalt-chrome et inconel sont les mieux adaptés à la plupart des applications industrielles. De l'aérospatiale à la technologie médicale. Il convient de noter que les matériaux disponibles pour l'impression 3D métal ne cessent de croître. Cela témoigne de la diffusion et du développement de la technologie.
- - L'acier inoxydable (17-4PH ou 316L) et l'acier à outils ont une résistance à l'usure et une dureté élevées ainsi qu'une bonne ductilité et soudabilité.
- – Les alliages de titane sont particulièrement résistants à la corrosion, biocompatibles, présentent un très bon rapport résistance/poids et une faible dilatation thermique.
- – Les alliages d'aluminium ont de bonnes propriétés mécaniques et thermiques, une faible densité et dureté et une bonne conductivité électrique.
- – Les alliages cobalt-chrome ont une dureté très élevée, sont particulièrement résistants à l'usure, à la chaleur et à la corrosion et sont biocompatibles.
- – Les superalliages à base de nickel (Inconel) ont de très bonnes propriétés mécaniques et sont particulièrement résistants à la corrosion et aux températures, c'est pourquoi ils peuvent être utilisés dans des environnements extrêmes.
- – Les alliages à base de cuivre ont des températures et des conductivités élevées, une limite d'élasticité et une limite d'élasticité élevées et sont particulièrement résistants à la corrosion.
- – Les métaux précieux tels que l'or, l'argent et le platine ou les métaux exotiques (palladium, tantale) peuvent être traités avec des imprimantes métalliques 3D, mais sont principalement utilisés dans la production de bijoux.
Conclusion - Impression 3D Métal
Outre l'impression plastique, l'impression 3D métallique est l'un des processus les plus importants de la fabrication additive, qui repose sur le principe de la construction en couches.
Les procédés traditionnels de fabrication des métaux, tels que les procédés de fabrication soustractifs ou de formage, ont leurs propres avantages et utilisations possibles. Par rapport à ceux-ci, l’impression 3D avec du métal offre des avantages significatifs particulièrement intéressants pour certaines industries en termes de précision d’ajustement, de formes complexes, de possibilités de personnalisation élevées et de production en petites séries.
Cela comprend le secteur de la santé (prothèses dans la technologie médicale et dentaire), l'aérospatiale, l'industrie automobile ainsi que la construction d'outils et de machines. Un exemple de technologie médicale consiste à installer avec précision des implants de hanche en titane sur les patients.
Aujourd'hui, l'impression 3D métal a déjà fait ses preuves dans de nombreux secteurs grâce à ces avantages et continuera d'offrir des opportunités significatives pour être développée et utilisée efficacement dans d'autres domaines à l'avenir.
FAQ : Impression 3D de métaux
Les imprimantes 3D peuvent-elles imprimer du métal ?
Les imprimantes 3D métal sont des machines spécialement conçues qui reçoivent des informations sur la création d'un objet via les instructions du logiciel (fichier CAO). Selon ces données de conception, les niveaux respectifs sont recouverts du matériau métallique, par exemple à l'aide d'un laser (procédé SLM).
Comment fonctionne l’impression 3D métal ?
L'impression 3D métal fait partie de la fabrication additive et se caractérise par le fait que les couches d'un objet sont construites couche par couche. Cela peut être réalisé, par exemple, en faisant fondre de la poudre métallique à l'aide d'un laser (procédé SLM).
En quoi l’impression 3D métal diffère-t-elle des méthodes conventionnelles ?
La fabrication soustractive des métaux implique l'enlèvement contrôlé de matière d'un bloc jusqu'à ce que la forme souhaitée soit obtenue. Les méthodes d'usinage peuvent être : le tournage, le fraisage, le meulage et le perçage, l'usinage manuel ou CNC.
Aucun matériau n'est ajouté ni retiré lors de la fabrication formative ; la forme initiale est formée à l'aide d'une technique de moulage ou de pressage. Par exemple, moulage ou forgeage.
Quels sont les avantages de la fabrication additive avec du métal ?
Par rapport aux procédés traditionnels de fabrication de métaux, les procédés d'impression sur métal offrent les avantages suivants : la création de géométries très complexes, des options de haute précision et de personnalisation, la légèreté, la rentabilité et le gain de temps, des émissions réduites de Co-2 et moins de besoins en matériaux ou de déchets.
Nos deux imprimantes 3D pour le métal, 2Create et 2Create PlusLes systèmes de fusion par faisceau laser sont basés sur la fusion par faisceau laser (SLM) et séduisent par leur exactitude, leur précision, leur vitesse, leur efficacité, leur polyvalence et leur rentabilité, ce qui les rend idéaux pour un large éventail d'applications.
Dans quels domaines les applications d’impression 3D métal sont-elles réalisées ?
Les industries dont la production nécessite un haut degré d'individualisation ainsi que des structures complexes et une rentabilité bénéficient particulièrement de la technologie métallique 3D.
Les industries caractéristiques comprennent : la médecine (prothèses dans la technologie médicale et dentaire), l'aérospatiale, l'industrie automobile ainsi que la construction d'outils et de machines.
Quels sont les procédés d’impression 3D métal les plus populaires ?
Il existe différents procédés d’impression 3D métal qui peuvent être envisagés en fonction des objectifs de fabrication. Les processus prédominants aujourd'hui comprennent : la fusion laser de poudres (DMLS/SLM et EBM), suivie par le jet de liant métallique et l'extrusion de métaux.
Quels métaux peuvent être utilisés avec l’impression 3D ?
Les métaux qui sont imprimés dans un objet à l'aide du processus de stratification (impression 3D) peuvent être disponibles dans différentes compositions matérielles (poudre, fil, liquide, filament).
Les métaux fréquemment utilisés pour les applications industrielles sont l'acier inoxydable, les aciers à outils, les alliages de titane, les alliages d'aluminium, les superalliages à base de nickel, les alliages de cobalt-chrome et les alliages à base de cuivre.
Les métaux précieux (or, argent, platine) et les métaux exotiques (palladium et tantale) sont également utilisés dans la production de bijoux.
Autres liens :
Auteur : Markus Wolf
Passionné par l'impression 3D, tout en étant
Directeur technique et cofondateur de 2oneLab.
