Fondamentaux de la fabrication additive métallique

Il y a à peine dix ans, peu de gens pensaient que l’impression 3D métal serait un jour un sérieux concurrent pour la production en série. La technologie a depuis connu une évolution rapide, en particulier au cours des dernières années. Aujourd’hui, les pièces métalliques étant utilisées dans un large éventail d’applications dans les domaines médical, automobile et aérospatial, la technologie devient une forme de production viable.

La fabrication additive (FA) est le processus de création d’un objet en trois dimensions à partir d’un fichier numérique. On l’appelle additif car il s’agit généralement de constituer de fines couches de matériau, une à une. La technologie peut produire des formes complexes qui ne sont pas possibles avec les techniques traditionnelles de moulage, d’usinage ou de soustraction.

Le processus est piloté numériquement, directement à partir de données CAO 3D découpées. Pour chaque tranche de données CAO, une fine couche uniforme de poudre métallique fine est déposée sur la plaque de construction. Les zones sélectionnées de la poudre sont fondues avec précision. Ce processus est répété, en construisant couche par couche jusqu’à ce que la construction soit terminée.

Alimentées par de nouvelles machines avec des plates-formes matérielles ouvertes et des vitesses d’impression plus rapides, les ventes de systèmes FA métalliques ont augmenté rapidement en 2017, augmentant de près de 80 % par rapport à l’année précédente. Les fabricants ont commencé à acheter plusieurs machines AM en métal une fois qu’ils ont réalisé que le processus était économiquement viable. Ils ont ajouté plus de machines pour améliorer la capacité et déplacer des conceptions supplémentaires vers le processus AM en métal

Alors que le marché de la FA métallique continuait de croître, les machines sur le marché ont augmenté en capacité et en prix. De grands acteurs tels que HP et GE ont conduit la technologie, mais des entreprises plus petites avec des machines moins chères ont suivi. Aujourd’hui, il existe une grande variété de métaux et d’alliages métalliques utilisés dans la FA, des métaux précieux comme l’or et l’argent aux métaux stratégiques comme l’acier inoxydable et le titane.

Le processus a attiré six grandes industries qui utilisent désormais la FA dans la production : automobile, aérospatiale, médicale, infrastructure, produits de consommation et énergie.

HP et GE donnent un coup de pouce au métal

En 2018, la fabrication additive métallique a reçu un coup de pouce lorsque GE et HP ont tous deux introduit des imprimantes 3D métalliques majeures. Pour HP, le métal était une extension naturelle de ses offres d’additifs dans les polymères. Le système d’impression 3D Metal Jet de HP utilise la technologie de jet de liant. Dans le jet de liant métallique, un liant liquide est appliqué pour joindre les particules de poudre, couche par couche.

Le processus commence par une fine couche de poudre. Têtes d’impression déposant stratégiquement des gouttelettes de liant sur le lit de poudre. La plaque d’impression s’abaisse alors et une autre couche de poudre est étalée. HP a introduit ce processus en tant que prolongement de sa technologie traditionnelle de tête d’impression et d’encre.

Bien que la technologie de jet de liant soit intrinsèquement rapide, HP a appliqué sa connaissance de la technologie des têtes d’impression pour la rendre encore plus rapide. Le système Metal Jet est équipé de 6 têtes d’impression de 5 280 buses chacune. Ces multiples rangées de buses améliorent la productivité et la fiabilité de l’imprimante. En tirant parti de son expertise dans la technologie des encres, HP a pu rendre le processus de frittage plus rapide et moins cher.

La conception générative crée des formes extraterrestres

Les logiciels de conception générative ont apporté de nouvelles dimensions à la fabrication additive. À l’aide du logiciel, les outils de conception générative ont pu créer des formes qui ne seraient pas possibles avec les processus de fabrication traditionnels. La flexibilité géométrique permet aux concepteurs d’accéder à un tout nouveau paysage de conception à l’aide d’outils logiciels qui utilisent l’intelligence artificielle pour itérer les pièces.

À l’aide d’outils de conception générative, les ingénieurs peuvent définir l’emplacement d’une pièce, les forces qui s’y appliquent et délimiter les zones à éviter. L’ordinateur fait le reste. En plus de changer la façon dont les pièces métalliques sont produites, la fabrication additive peut produire des pièces plus propres en utilisant des processus de fabrication durables.

Légèreté et force

Étant donné que les pièces imprimées en 3D sont construites couche par couche en plaçant le matériau uniquement là où il est nécessaire, le processus de fabrication additive entraîne moins de rebuts ou de matières premières gaspillées, ce qui en fait une technologie verte et hautement circulaire. Les changements apportés à la chaîne d’approvisionnement de fabrication et à la production à la demande permettent de rapprocher la fabrication des consommateurs, réduisant ainsi le besoin de transporter des matériaux et des pièces sur de longues distances, réduisant considérablement son empreinte carbone.

En facilitant la création de pièces légères pour tout, des voitures aux avions, la fabrication additive utilise non seulement moins de matières premières, mais peut contribuer à réduire la consommation de carburant, ce qui entraîne une réduction des émissions de carbone. Bien qu’il y ait eu une énorme croissance dans la FA métallique, l’industrie en est encore à ses balbutiements en ce qui concerne la fabrication de pièces de production.

Lorsqu’elles ont été développées pour la première fois, les imprimantes 3D métalliques étaient principalement utilisées par les laboratoires de recherche, les universités bien équipées et les principaux fabricants. Au cours des dernières années, les systèmes d’impression 3D métalliques ont été réduits à des tailles adaptées aux studios, offrant même aux petites entreprises la possibilité d’améliorer leurs projets avec des pièces métalliques denses.

Rob Spiegel couvre la fabrication depuis 19 ans, dont 17 pour Nouvelles de conception. Parmi les autres sujets qu’il a abordés figurent l’automatisation, la technologie de la chaîne d’approvisionnement, les énergies alternatives et la cybersécurité. Pendant 10 ans, il a été propriétaire et éditeur du magazine culinaire Piment du Chili.