L'impression 3D sur métal a le potentiel de transformer considérablement l'industrie métallurgique. Des matériaux extrêmement résistants, des composants légers, une grande durabilité et, surtout, des ajustements de conception rapides et rentables : L'impression métallique apporte de nombreux avantages.
Dans cet article, vous apprendrez tous les détails sur l'impression 3D métal FDM, les matériaux utilisés, les directives de conception et plus encore, afin de pouvoir planifier votre projet de la meilleure façon possible.
Le processus d'impression 3D métallique FDM est basé sur la technique bien connue de modélisation par dépôt fondu, complétée par un processus de frittage pour durcir les pièces métalliques. Important à savoir : Les termes FDM (fused deposition modeling) et FFF (fused filament fabrication) sont techniquement identiques.
Contenu de cet article :
Dans la modélisation par dépôt de matière fondue, le matériau à traiter est amené à l'extrémité chaude sous forme de filament via une extrudeuse. Il y est fondu, puis appliqué sur un lit d'impression par une buse selon la géométrie souhaitée définie par le fichier CAO. Couche par couche, le composant - préalablement fabriqué en plastique - est créé dans la zone de travail.
L'impression 3D métallique FDM fonctionne de la même manière. Là encore, le matériau est alimenté sous forme de filament, fondu et appliqué en couches sur le lit d'impression. Le matériau filamentaire Ultrafuse® est composé de poudre métallique maintenue par des liants en polyoxyméthylène (POM).
Lorsque l'impression 3D est terminée, la "pièce verte" est créée. La pièce verte correspond autant que possible à la pièce finie ultérieurement, mais contient encore les liants, qui doivent être retirés à l'étape suivante. Le "déliantage" est effectué dans des fours hautement automatisés par vaporisation catalytique d'acide. Au cours de ce processus, environ 90 % du liant est éliminé et le composant perd environ 10,5 % de son poids. Le résultat du déliantage est la "pièce brune".
La partie brune est maintenant soumise à une autre étape de production : le frittage. Au cours du frittage, le matériau est comprimé par la chaleur ou la pression et formé en une masse de matériau solide. La température de frittage dans ce processus est toujours inférieure à la température de fusion du métal utilisé afin qu'il ne se liquéfie pas. Le processus débute à 250°C et s'achève à 600°. La pièce brune se rétracte encore de 16% dans les axes X et Y, et de 20% dans l'axe Z.
Après le frittage, la pièce métallique est terminée. Selon l'application, elle peut ensuite être finie par microbillage et polissage.
Fig : Partie verte du composant Jellypipe (à gauche sur la photo) et après le processus de frittage.
Comme vous pouvez l'imaginer, le processus de rétraction est une phase cruciale pour obtenir une pièce parfaite. Le rétrécissement de la pièce métallique imprimée pendant le frittage peut être prédit très précisément. Après la première itération, la précision est déjà de 0,4 millimètre, et après la remise à l'échelle ultérieure, des tolérances de 0,2 à 0,25 millimètre peuvent être maintenues de manière réaliste. Dans la production en série, une ou deux itérations sont généralement effectuées au préalable, de sorte que des tolérances allant jusqu'à 0,1 millimètre peuvent également être atteintes.
Important à savoir : la conception du composant se fait toujours dans la taille originale. C'est-à-dire que le fichier d'impression 3D doit correspondre exactement au composant fini. Les paramètres de mise à l'échelle sont calculés en conséquence par le logiciel de l'imprimante lors du traitement chez le partenaire d'impression.
Les matériaux en acier inoxydable Ultrafuse® de BASF Forward AM sont disponibles au service d'impression 3D Jellypipe. En comparaison directe avec d'autres technologies d'impression de métaux telles que le jet de liant ou la DMLS/SLM, la FFF avec Ultrafuse® offre des structures de support facilement amovibles et une manipulation très simple des matériaux. Par conséquent, le coût des pièces est également nettement inférieur à celui, par exemple, de l'impression 3D SLM. Elles peuvent être jusqu'à 50 % moins chères selon la conception et le nombre de pièces. Une différence réside dans la précision. Si des tolérances très précises sont nécessaires, l'impression métal SLM est préférable à la FFF.
Un autre avantage de l'impression 3D métal FDM est la possibilité de créer des pièces fermées avec des remplissages. Cela n'est pas possible avec les technologies de lit de poudre comme le SLM, car une petite ouverture est nécessaire pour retirer la poudre.
Il n'est pas possible de donner une réponse générale quant à la technologie optimale pour la fabrication d'une pièce. Cela dépend de la conception et des propriétés que doit avoir la pièce finie.
Si vous avez peu ou pas d'expérience, la première chose à faire est de demander conseil à l'un de nos partenaires de solutions. Vous pouvez également créer une "demande individuelle" avec tous les détails du magasin, afin que nous puissions vous proposer la solution optimale.
Les matériaux d'impression 3D Ultrafuse® en acier inoxydable se sont avérés extrêmement adaptés aux composants métalliques. Les matériaux suivants sont disponibles chez Jellypipe :
Ce métal présente une résistance accrue à la corrosion. Il est donc parfaitement adapté aux applications dans des environnements humides et salés. Les applications possibles sont les raccords de tuyaux, les pièces de rechange, par exemple pour les équipements d'emballage, les outils, les gabarits et les montages.
Les propriétés techniques sont disponibles ici : Page de détails du matériau Ultrafuse® 316L, y compris la fiche technique.
L'acier inoxydable présente des propriétés mécaniques et une dureté supérieures. La dureté est obtenue par traitement thermique. Ce matériau convient, par exemple, pour les pièces de machines, les pièces de rechange, les outils, les jauges et les montages.
Page de détail du matériau Ultrafuse® 17-4 PH incl. fiche technique
Les pièces métalliques fabriquées de manière additive peuvent être soumises à diverses méthodes de post-traitement afin d'optimiser la qualité de la surface. Dans le domaine du post-traitement, le microbillage pour les surfaces robustes, insensibles et mates d'une part et le polissage d'autre part sont recommandés.
Lors de la conception de composants métalliques à partir d'Ultrafuse® pour la fabrication additive, il y a quelques règles à suivre. Les principes de base suivants sont importants :
Ce qui relevait encore de la science-fiction il y a quelques années n'est plus un problème aujourd'hui grâce aux dernières technologies de fabrication additive. La technologie FFF ou FDM en particulier impressionne par sa haute précision, sa rapidité de fabrication et ses processus de production facilement contrôlables pour l'impression 3D de métaux.
Cette nouvelle technologie est en passe de supplanter la fusion sélective au laser(SLM). En effet, la FFF est jusqu'à 20 - 50 %* moins chère et offre également d'excellentes possibilités pour les pièces légères avec des remplissages.
Parlez-en à l'un de nos partenaires de solution et profitez du service d'impression FDM ou de la nouvelle technologie. Nous serons heureux de vous conseiller sans engagement sur la meilleure stratégie de fabrication possible pour vos composants !
Votre équipe Jellypipe
*Notes sur les prix, 23/01/2023 :
Augmentation du prix du métal FDM : En raison des prix élevés du gaz, le processus de frittage est devenu massivement plus cher. Les prix des pièces métalliques FDM sont en moyenne encore 20% inférieurs aux prix SLM, en fonction du nombre de pièces requises / de la géométrie des pièces. Dans certains cas, les prix peuvent être différents. Veuillez créer une "demande individuelle" pour les projets plus importants dans le domaine du métal, afin que nous puissions vous conseiller en fonction de la situation.
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