La fabrication additive prend de plus en plus d’importance en tant que processus capable de fabriquer des composants très complexes rapidement et directement.
Dans les articles précédents, nous avons déjà mentionné certains avantages et applications de la fabrication additive et nous avons également expliqué comment le processus de fabrication additive fonctionne étape par étape.
Cette fois, nous aborderons les familles dans lesquelles les technologies de fabrication additive (FA) sont classées selon les normes ISO/ASTM et nous mentionnerons certaines de ces technologies (comprises dans chaque famille).
Les principales familles de la fabrication additive
Selon la norme susmentionnée, les technologies de fabrication additive sont regroupées en 7 familles:
- Photopolymérisation (Photopolimerization)
- Extrusion de matériaux (Material extrusion)
- Jets de matériaux (Material jetting)
- Jets de liant (Binder jetting)
- Fusion de lit de poudre (Powder bed fusion)
- Dépôt direct d’énergie (Direct energy deposition)
- Laminage de feuilles (Sheet lamination)
Chez Mizar Additive, nous sommes spécialisés dans l’extrusion de matériaux, l’injection de matériaux et la fusion de lits de poudre, chacun avec leurs technologies correspondantes.
Examinons les caractéristiques et les technologies de chacune de ces familles.
Extrusion de matériaux
L’extrusion du matériau consiste à déposer le polymère sous forme de filament à travers la buse chauffée sur une tête mobile. Le litoù l’objet doit être créé se déplace verticalement tandis que la buse se déplace horizontalement, permettant au matériau fondu de construire l’objet couche par couche.
L’adhésion correcte des couches est obtenue par un contrôle précis de la température ou par l’utilisation d’agents de liaison chimiques (colle industrielle).
Dans cette famille, on trouve le procédé additif FDM (Fused Deposition Modeling). Il s’agit d’un procédé de fabrication généralement utilisé pour la modélisation de prototypes et la production à petite échelle, qui consiste à déposer le matériau par couches jusqu’à ce que la pièce soit formée.
Le processus de fabrication FDM
Pour lancer le processus, on introduit dans une buse un filament de plastique ou de métal qui a été préalablement recueilli sur une bobine. La buse se trouve au-dessus de la température de fusion du matériau du filament et est entraînée par des moteurs pas à pas ou des servomoteurs. Diverses options de combinaison de buses, de plates-formes et de moteurs sont disponibles.
Le processus de moulage par dépôt commence par un logiciel, qui part d’un fichier de stéréolithographie (format .STL). . Il est orienté de manière à pouvoir être imprimé et divisé en couches. Si nécessaire, des structures de support temporaires sont créées et retirées une fois la pièce terminée.
Jets de matériaux (Material jetting)
Le Material jetting ou MJ est l’une des technologies additives les plus rapides et précises. Cette technologie est basée sur le dépôt sélectif d’un mélange de matériau photopolymère en gouttelettes sur une plateforme.
Ceci permet de créer des couches avec un seul passage pour leur séchage et solidification par une lumière UV. En d’autres termes, elle construit des pièces à l’aide de gouttelettes de photopolymère liquide qui se solidifient sous l’effet de la lumière ultraviolette.
Mizar Additive est un spécialiste de la technologie du même nom (Material jetting) ; nous vous expliquons ici comment le processus de fabrication est réalisé par MJ.
Le processus de fabrication par MJ
Dans la technologie du moulage par injection, le processus de fabrication de chaque couche est divisé en deux étapes distinctes:
- Première étape : injection de polymères photoréactifs à l’état liquide.
Dans cette première phase, le matériau est injecté au moyen de multiples buses dans les zones de la plate-forme où cela est nécessaire pour la construction de la pièce, y compris les structures de support.
- Deuxième étape : solidification du matériau par lumière UV
Dans cette deuxième phase, alors que le matériau est déposé à l’état liquide, des lampes émettant des rayons UV déclenchent la photopolymérisation du matériau pour l’amener à l’état solide.
Fusion de lit en poudre
La fusion sur lit de poudre consiste à faire fondre des particules de poudre métallique à travers une source de chaleur, un laser ou un faisceau d’électrons, pour former des pièces complexes par superposition de couches fusionnées.
Parmi les technologies PBF existantes, Mizar est spécialisée dans les domaines suivants :
- Fusion sélective au laser (SLM), employant de la poudre métallique
- Fusion par faisceau d’électrons (EBM), utilisant de la poudre métallique
- Frittage sélectif par laser (SLS), utilisant une poudre polymère
La technologie PBF utilise un laser ou un faisceau d’électrons pour fusionner la poudre dans le matériau.
La fusion sélective par laser SLM est un processus similaire au SLS, mais en raison de la différence de température de fusion des matériaux polymères et métalliques, il existe certaines différences dans le processus.
Par exemple, dans la section polymérique(SLS), la chambre de travail est préchauffée à quelques degrés en dessous de la température de fusion du matériau. De cette façon, le laser fournit très peu d’énergie pour faire fondre le matériau. Comme la stabilité thermique est élevée et qu’il n’y a pratiquement pas de gradient, la zone à fondre ne subit pas de contraintes internes, ce qui permet de fabriquer des pièces sans support ni échafaudage.
En revanche, dans le procédé SLM métal, en raison des températures de fusion élevées du matériau, il n’est pas possible de travailler à des températures proches. La pièce subit alors de fortes contraintes internes et doit être soutenue pour éviter toute déformation pendant la fabrication. Une fois le processus terminé, ces supports ou étriers ne doivent pas être retirés avant qu’un processus de soulagement des contraintes n’ait été effectué.
Les deux procédés utilisent un gaz inerte (généralement de l’argon ou de l’azote) pour empêcher l’oxydation des matériaux pendant la fusion.
Enfin, le procédé de fusion par faisceau d’électrons EBM utilise la projection d’électrons pour atteindre les températures de fusion du matériau. Dans ce cas, la chambre de travail est à une température d’environ 800-900°C. Cela permet d’éviter la génération de contraintes internes, mais il est nécessaire d’utiliser des supports qui servent de dissipation d’énergie lors de la fusion de la couche correspondante.
Processus de fabrication du système PBF
Comme tout processus de fabrication additive, la conception d’une pièce commence par la création du modèle à l’aide d’un logiciel. La pièce est découpée en différentes couches d’une épaisseur approximative comprise entre 20 et 60 microns.
Ensuite, les étapes sont les suivantes :
- L’imprimante remplit une chambre de gaz inerte, puis la chauffe à la température d’impression appropriée.
- Une fine couche de poudre est déposée sur le plateau en fonction de la hauteur préalablement définie par le logiciel de la machine. Le laser balaie la section transversale de la pièce, fusionnant les particules de métal entre elles. Une fois la couche terminée, le plateau est abaissé et une autre couche de poudre est ajoutée, en répétant le processus jusqu’à l’obtention de la pièce finale.
- Enfin, l’imprimante 3D doit être refroidie pour retirer la poudre non fondue du récipient et nettoyer la pièce imprimée.
Chez Mizar, nous sommes spécialisés dans la conception et la production de tous types de composants personnalisés. Nous disposons d’une équipe de professionnels qualifiés et de machines de pointe, et nous investissons dans un effort constant de recherche et développement.
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