L'impression 3D sur métal est devenue une branche importante de la fabrication additive. En particulier, la fusion laser du métal à l'aide du procédé SLM permet la production rapide et économique de composants en aluminium, acier inoxydable, acier à outils, Inconel, titane, cuivre et bien d'autres matériaux métalliques. Vous apprendrez ci-dessous ce qu'il faut prendre en compte lors du processus de conception.
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Dans la fusion sélective par laser (SLM), le matériau de départ métallique pulvérulent est fondu aux points de traitement par l'énergie thermique d'un laser à haute puissance. Couche par couche, on crée des composants qui conservent au maximum les propriétés spécifiques du matériau de départ, offrent une densité de 99,9% et se caractérisent par une résistance exceptionnelle.
Une microstructure unique et fine des pièces métalliques imprimées en 3D et d'excellentes propriétés mécaniques sont caractéristiques de l'impression 3D SLM. Pour que les pièces soient une réussite totale, il y a quelques directives à suivre pendant le processus de conception.
La fusion sélective au laser offre de nombreux avantages dans le traitement des métaux, qui peuvent être pleinement exploités par une conception adaptée. En particulier, la production de contours internes complexes - par exemple, des canaux de refroidissement internes - ou la combinaison d'assemblages pour former un composant n'est rendue possible que par l'impression 3D et ne peut être réalisée avec les stratégies d'usinage classiques de fraisage ou de tournage.
Dans la construction légère, pour des applications dans l'aérospatiale ou l'industrie automobile, le SLM apporte non seulement une réduction significative du poids mais aussi une amélioration de la fonctionnalité des produits. En particulier, les structures "organiques" calquées sur la nature permettent des approches de conception totalement nouvelles. En outre, les composants peuvent être produits rapidement, directement à partir du modèle CAO, et peuvent être facilement adaptés ou modifiés à tout moment.
Pour que vous puissiez bénéficier de la valeur ajoutée créée par l'impression 3D, il est essentiel d'intérioriser une chose : La conception des composants ne doit pas être basée sur la fabrication soustractive, conventionnelle ! L'accent doit plutôt être mis sur la conception pour la fabrication additive !
Préférez les formes topologiques optimisées ou les surfaces de forme libre et évitez les conceptions convergentes, les angles droits et les porte-à-faux plats. Privilégiez plutôt les arcs, les congés et les chanfreins, ainsi que la conception divergente. En évitant les changements de surface importants entre les couches, vous favorisez une fabrication additive rapide et rentable dès la phase de conception. N'oubliez jamais : en réduisant la surface, vous réduisez le volume du corps à imprimer ! L'accent de votre conception doit être mis sur la fonctionnalité de la pièce - et ne doit pas dépendre de la fabricabilité, comme c'est souvent le cas avec la fabrication conventionnelle.
Avec l'impression 3D sur métal, les angles des composants doivent faire l'objet d'une attention particulière lors de la conception. Si les angles construits sont trop plats, à moins de 45°, ce qui entraîne des surfaces orientées vers le bas, la couche fondue s'affaisse à travers la poudre meuble située en dessous. Cela entraîne la formation de scories et nuit considérablement à la qualité de la surface.
En outre, les angles plats nécessitent l'utilisation de structures de support. Les surfaces soutenues sont toujours de moins bonne qualité pour des raisons d'impression et doivent être évitées autant que possible pour obtenir des qualités de surface élevées. Par conséquent, concevez vos composants avec des angles prononcés supérieurs à 45° afin d'éviter la formation de scories et d'utiliser le moins de structures de support possible.
Les structures de support, également appelées supports, placent les concepteurs devant un véritable dilemme lorsqu'ils conçoivent des composants à imprimer. D'une part, les structures de support empêchent la déformation des composants pendant l'impression 3D et minimisent la ligne de rétrécissement ; d'autre part, la qualité de la surface des composants souffre sur les surfaces auxquelles les structures de support sont fixées. Enfin, les structures de support entraînent inévitablement des retouches, car les supports doivent être retirés après l'impression.
Pour garantir la qualité généralement élevée de vos composants, il est préférable de réduire le nombre de structures de support. Ce qui peut être construit sans structures de support dépend aussi toujours du matériau :
Pour acier, acier inoxydable, Inconel :
Pour le titane, l'aluminium :
En général, si vous souhaitez imprimer sans structures de support autant que possible, les directives suivantes doivent être suivies dans la conception :
Dans de nombreux cas, vous pouvez éviter les structures de soutien grâce à une conception adaptée. Supprimez les surfaces orientées vers le bas dans la conception. De cette façon, vous pouvez obtenir une géométrie autoportante. Lors de la conception, demandez-vous toujours où le support est nécessaire et si ce support peut être retiré après l'impression 3D ! Si vous utilisez des structures de forme libre, moins de structure de support est généralement nécessaire. Avec des transitions douces grâce à l'utilisation de rayons, etc., vous créez également une meilleure qualité des composants.
La fusion sélective au laser produit parfois des températures de fusion immensément élevées, qui sont de 1650° C pour le titane et encore de 1200° C pour l'acier inoxydable. En combinaison avec des vitesses de refroidissement rapides (moins de 1ms pour - 100° C), des contraintes spécifiques au matériau apparaissent dans le matériau. Ces contraintes s'accumulent sur toutes les couches imprimées, car à chaque processus d'impression, les couches sous-jacentes sont également chauffées et refroidies à nouveau. Les influences thermiques négatives peuvent être atténuées directement dans la conception :
Si l'orientation dans l'espace de construction est importante pour votre projet, faites une "demande individuelle" et incluez cette information. Le partenaire d'impression en tiendra compte lors de la production.
Si les contraintes thermiques ne peuvent être évitées, des mesures de conception permettent d'y remédier. Les structures de support sont souvent utilisées pour compenser les contraintes thermiques afin de maintenir la forme du composant. Cependant, avec cette procédure, les contraintes restent dans le composant - si la structure de support est retirée, le composant se déforme. Il est possible de remédier à ce problème par un traitement thermique pendant que le composant est encore sur la plate-forme de construction. Ceci est mis en œuvre en conséquence par le partenaire d'impression.
Veillez également à prêter attention aux lignes de rétrécissement pendant la conception. Vous pouvez compenser le rétrécissement indésirable des composants par de simples ajustements de la conception. Voir le croquis : Évitez la forme à gauche sur l'image, si la forme est nécessaire, travaillez alors avec des courbes (image centrale), ou retournez la forme "à l'envers" pour l'impression (côté droit de l'image).
En impression 3D métal, les tolérances ne correspondent pas à la fabrication conventionnelle. Les tolérances possibles en SLM sont affectées à la classe "M" selon la norme ISO 2768. Selon la forme et le contour, les tolérances peuvent s'écarter encore davantage et se situer dans une fourchette de ± 0,4 %, voire ± 0,3 %. Pour des côtés de composants très précis, il peut donc être nécessaire d'affiner avec un post-traitement, par exemple par fraisage.
Nous serons heureux de vous fournir une impression personnalisée de composants métalliques. Il est important que nous recevions toutes les informations importantes afin que l'usine d'impression puisse produire le composant selon vos souhaits. Le fichier d'impression 3D est crucial pour la production. Si le fichier d'impression ne contient pas toutes les instructions, ou s'il s'agit d'un projet complexe, veuillez saisir une "demande individuelle". Veuillez nous donner tous les détails importants de votre projet dans la demande.
Vous pouvez également nous fournir des informations sur l'alignement du composant dans l'espace d'installation, les retouches souhaitées ou les endroits où les tolérances doivent être respectées très précisément.
Si vous avez d'autres questions, n'hésitez pas à contacter l'un de nos Solution Partners.
Nous nous réjouissons déjà de votre demande !
Votre Jellypipe
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