Metal Deposition

Comment les procédés et technologies de fusion participent à l’essor de la fabrication additive ?

Si la fabrication additive s’est progressivement imposée auprès de nombreuses industries depuis ces vingt dernières années, c’est parce qu’elle leur a apporté de nouvelles solutions de conception pour se libérer des contraintes de production conventionnels (moulage , usinage).

Beaucoup d’industriels ont ainsi pu  accélérer leur développement en proposant  de vraies valeurs ajoutées aux produits de leur clients, telles que la production et la personnalisation à la demande, l’intégration de nouvelles fonctionnalités, la recherche d’un allègement du produit, et un gisement infini d’améliorations potentielles.
 

Tout au long de ces années, différentes technologies de fabrication additive ont émergé avec leurs avantages et leurs inconvénients par rapport à un idéal recherché. Tous ces procédés ont en commun le fait d’ajouter successivement et d’agglomérer entre elles, de petites quantités du matériau (particules)  .  
La fusion du matériau couche par couche est un moyen efficace de faire croître la pièce ou le produit désiré, en apportant la matière là où elle est nécessaire, tout en assurant une parfaite cohésion  et homogénéité du matériau.

Existe-t-il des procédés sans fusion ?

Oui , il n’est pas obligatoire de fusionner  le matériau pour donner à l’objet final des propriétés techniques et mécaniques proches de celle du matériau qui le constitue. 
Parmi les procédés sans fusion,  on peut citer par exemple: 

  • La stratoconception, l’un des plus anciens procédés, qui utilise l’assemblage par collage de tranches empilées. Ce procédé, qui ne nécessite pas de gaz, est souvent associé au travail du bois. Il reste peu utilisé dans l’industrie à la différence des deux suivants.
  • La photopolymérisation (stéréolithographie), l’un des procédés historiques et très répandu en fabrication additive polymère. Il met en œuvre la photopolymérisation par un laser d’une résine liquide. Ce procédé ne nécessite pas de gaz non plus,
  • Le “Binder metal  jetting”, autre exemple de procédé d’impression 3D sans fusion, intéresse de plus en plus d’industriels qui souhaitent réduire les coûts de la fabrication additive. Le processus  consiste à agglomérer couche par couche un mélange de poudre et de liant polymérisé. Dans le cas des poudres métalliques, des opérations de traitement thermique, dont une opération de frittage, terminent les étapes du procédé et permettent de donner aux pièces leurs caractéristiques mécaniques quasi identiques à celles du métal initial constituant la poudre.Ce procédé nécessite du gaz (Argon, Argon plus Hydrogène -3D Heat Mix, ou Azote selon le matériau)  uniquement lors de l’étape de frittage, dans le cas des poudres métalliques.

Y a-t-il un avantage à utiliser l’un des procédés à technologies avec fusion ?

Pour créer et obtenir des pièces aux propriétés mécaniques voisines du matériau constitutif, une part importante des procédés de fabrication additive a recours à la fusion du matériau. Cette technologie consiste  à appliquer au matériau une énergie pour le faire passer de l’état solide à l’état liquide au moyen du procédé de fusion, auquel succède une phase de refroidissement (solidification) .   

Parmi ses procédés avec fusion on distingue:

  • Le cas de la fabrication additive par le procédé FDS (où l’on fait fondre et déposer un fil), l’extrusion d’un matériau polymère thermoplastique (PA, ABS, etc…)  peut être assimilé à un procédé avec fusion du matériau.
  • Les procédés de fusion sur lit de poudres métalliques ou polymères (SLM, SLS) , qui consistent à fusionner successivement couche par couche, de fines épaisseurs de poudre, au moyen d’un laser ou d’un faisceau d’électrons. La nouvelle couche de poudre fusionne avec la couche précédente et ainsi de suite. Ce procédé nécessite du gaz (Argon, ou Azote selon le matériau), pour la sécurité du procédé et la protection du métal fusionné. 
  • Les procédés dérivés des procédés de soudage ou de projection thermique, avec l’apport du matériau sous forme de fil (Arc fil ou Laser fil), ou de poudre projetée (Cladding), directement dans le procédé de fusion. Le procédé de fusion, dont le rôle est de porter le matériau à des températures élevées (supérieures au point de fusion), peut être soit un Laser, soit une torche plasma, soit un arc (WAAM -Wire Arc Additive Manufacturing). Ces procédés nécessitent du gaz (Argon, Hélium , Azote selon les procédés et le matériau), pour la protection du métal fusionné.

Finalement pour un industriel, la question du choix d’une technologie de fabrication additive avec fusion ou sans fusion, dépend moins des propriétés mécaniques attendues sur ses pièces (résistance à la traction, résistance aux chocs, dureté, élasticité , porosité,  limite de fatigue, etc…), que des spécificités techniques propres à chaque procédé de fabrication additive (disponibilité du matériau souhaité pour le procédé, productivité, précision, état de surface, avec ou sans supports, ajout de fonctionnalité ou reprise de pièce existante  etc,...) et qui permettent de construire sa pièce. 
En effet, la plupart des caractéristiques mécaniques pourront être “améliorées” dans un second temps, grâce à des traitements thermiques adaptés.

Découvrez comment Air Liquide peut vous aider à vous orienter vers la technologie de fusion adaptée à votre projet de fabrication additive.

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