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.
Points clés en bref
- Qu'est-ce que l'impression 3D sur métal?: Il s'agit d'un processus de fabrication additive qui permet de construire des pièces métalliques couche par couche à partir de données numériques de CAO.
- Avantages principaux : Géométries complexes, personnalisation élevée, réduction du temps de production et des déchets de matériaux par rapport aux méthodes traditionnelles.
- Applications principales : Santé (médicale et dentaire), aérospatiale, automobile et génie mécanique.
- Processus et matériaux : Le procédé le plus couramment utilisé est Powder Bed Fusion. Les métaux les plus utilisés sont l’acier inoxydable, le titane et l’aluminium.
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 bénéficie 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
L'impression 3D de métaux a également trouvé rapidement des applications dans l'industrie automobile pour la fabrication de produits finis. Les véhicules de haute performance et 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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- Refroidissement de cobra imprimé en 3D (Acier inoxydable ; 316L) 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 à 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.
Procédés d'Impression 3D avec du Métal
Vous trouverez ci-dessous les processus d'impression métallique 3D les plus courants, ainsi que des informations complémentaires sur les fonctions spécifiques.
Fusion en lit de poudre
Avec la Fusion en lit de poudre, les particules de poudre métallique sont fondues de manière sélective à l'aide de lasers à haute performance (DMLS/SLM) ou de faisceaux d'électrons (EBM), de sorte que l'objet métallique est 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.
Jetting de liant métallique
Lors du processus de Jetting de liant métallique , une poudre métallique est liée en couches avec un liant liquide selon un modèle CAO. La pièce “verte” qui en résulte est ensuite retravaillée thermiquement (déliantage) pour éliminer le liant et compactée (frittage) pour obtenir la pièce métallique finie.
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.
Extrusion de matériaux métalliques
Dans l'extrusion de matériaux métalliques, un filament ou une tige composé(e) de polymère et de poudre métallique est fondu(e) et extrudé(e) à travers une buse sur une plate-forme afin de construire l'ébauche en couches (processus FDM). Celle-ci est ensuite soumise à un post-traitement (déliantage et frittage), ce qui permet de créer 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.
Dépôt d'énergie dirigée (DED)
Le dépôt d'énergie dirigée est souvent utilisé en combinaison avec des métaux (poudre ou fil) pour la finition de surface ou pour la réparation et la modification de composants existants. Selon le 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.
Fabrication additive par ultrasons (UAM)
Dans la Fabrication additive par ultrasons (UAM), des feuilles de métal sont fondues couche par couche à l'aide d'une soudure par ultrasons et amenées à la forme souhaitée à l'aide d'un usinage à commande numérique.
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 existedifférents procédés d'impression 3D de métaux qui sont spécifiquement sélectionnés en fonction des exigences souhaitées. Aujourd'hui, les principaux procédés d'impression 3D sur métal sont les suivants : La fusion sur lit de poudre (DMLS/SLM et EBM), suivie 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.
Lesmétaux et alliages métalliques acier inoxydable, titane, aluminium, chrome cobalt 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 de métaux sont en constante augmentation. Cela témoigne de la diffusion et du développement de cette 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
L’impression 3D métallique est un procédé clé de fabrication additive basé sur le principe de construction par couches. Par rapport aux méthodes traditionnelles, elle permet une grande précision, des formes complexes, une personnalisation et la production de petites séries.
Les principales applications incluent la santé (par ex. implants en titane sur mesure), l’aérospatiale, l’automobile et le génie mécanique. La technologie a déjà fait ses preuves dans de nombreux secteurs et offre un potentiel important pour un développement futur.
La série 2Create— incluant 2Create, 2Create Desktop et 2Create Plus, propose des solutions d’impression 3D métallique polyvalentes adaptées à divers secteurs industriels.
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Les imprimantes 3D métal 2Create 2Create et 2Create Plus offrent tous les avantages de l'impression 3D métal et séduisent également par les caractéristiques suivantes.
Les avantages en un coup d'œil:
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- Facile à utiliser
- Polyvalence des matériaux
- Changement rapide des matériaux
- Impression instantanée
- Des délais de production courts
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FAQ : Impression 3D de métaux
Les imprimantes 3D peuvent-elles imprimer du métal ?
Comment fonctionne l'impression 3D sur métal ?
Impression 3D de métaux 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 se faire, par exemple, en faisant fondre de la poudre métallique à l'aide d'un laser (processus SLM).
En quoi l’impression 3D métallique diffère-t-elle des méthodes conventionnelles ?
En production soustractive de métaux, L'usinage est un procédé qui consiste à retirer de la matière d'un bloc de manière contrôlée jusqu'à l'obtention de la forme souhaitée. Les méthodes d'usinage peuvent être les suivantes : Le tournage, le fraisage, le meulage et le perçage, manuellement ou à l'aide d'une machine à commande numérique.
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 à partir de métal ?
Les procédés d'impression des métaux offrent les avantages suivants par rapport aux procédés traditionnels de fabrication des métaux: création de géométries très complexes, haute précision et possibilités de personnalisation, légèreté, rentabilité et gain de temps, réduction des émissions de Co-2 et diminution de la consommation de matériaux et des déchets.
Nos 3 imprimantes 3D métal, 2Create, 2Create Desktop 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 l’impression 3D métallique est-elle utilisée ?
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 sont : mLa médecine (prothèses dans la technologie médicale et dentaire), l'aérospatiale, l'industrie automobile ainsi que la fabrication d'outils et la construction mécanique.
Quels sont les procédés d’impression 3D métallique les plus connus ?
Il existe différents procédés d'impression 3D de métaux qui peuvent être envisagés en fonction des objectifs de fabrication. L'impression Les procédés prédominants aujourd'hui sont la fusion de poudres au laser (DMLS/SLM et EBM), suivie de la projection de liants métalliques et de l'extrusion de métaux..
Quels métaux peuvent être imprimés en 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).
<p<strong>>Métaux fréquemment utilisés pour les applications industrielles sont Acier inoxydable, aciers à outils, alliages de titane, alliages d'aluminium, superalliages à base de nickel, alliages de cobalt-chrome, 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.
