Les 7 types de fabrication additive : guide de l'ingénieur

Si vous avez déjà essayé de vous y retrouver dans le monde de l'impression 3D, vous avez probablement été confronté à une avalanche d'acronymes : FDM, SLA, SLS, DMLS, MEX, VPP, PBF… C'est un paysage confus où termes marketing et normes techniques s'entrechoquent. Que signifient-ils ? Quel est leur lien ? Et lequel est le plus adapté à votre projet ?

Voici la réponse rapide que vous cherchez. Selon le rapport officiel, Norme ASTM F42 / ISO 17296Il existe exactement sept catégories de fabrication additive (FA). Chaque technologie d'impression 3D disponible sur le marché appartient à l'une de ces familles :

1. Photopolymérisation en cuve (VPP)
2. Source Extrusion (MEXIQUE)
3. Fusion sur lit de poudre (PBF)
4. Projection de matière (MJT)
5. Projection de liant (BJT)
6. Dépôt énergétique dirigé (DED)
7. Laminage de feuilles (SHL)

Le problème est que leur simple énumération ne suffit pas à expliquer les différences profondes entre leur fonctionnement, les matériaux utilisés ou les problèmes qu'ils résolvent. Comprendre ces sept familles est essentiel pour passer du statut d'amateur à celui de professionnel capable de choisir stratégiquement l'outil adapté à sa tâche.

At RM (Fabrication rapide)Nous utilisons ces technologies au quotidien. Ce n'est pas une simple liste, c'est notre boîte à outils. guide définitifNous démystifierons le paysage. Nous expliquerons chacun des sept types de fabrication additive, explorerons les technologies les plus courantes et vous donnerons les connaissances pratiques nécessaires pour comprendre pourquoi une pièce peut être imprimée avec une résine à polymérisation laser plutôt qu'avec une autre. métal de soudage poudre.

Pourquoi 7 types ? Le référentiel officiel de l'ASTM

Avant de plonger, il est important de comprendre why Ce cadre existe. Pendant des années, l'industrie de l'impression 3D ressemblait au Far West. Les entreprises inventaient leurs propres termes marketing pour leurs procédés, ce qui créait une confusion considérable. Pour mettre de l'ordre dans ce chaos, ASTM International, une organisation de normalisation respectée à l'échelle mondiale, a formé le Comité F42 sur les technologies de fabrication additive.

Ils ont créé un système qui ignore les noms de marque et se concentre sur la physique fondamentale du processus.comment les matériaux sont assemblés pour former une pièceC'est pourquoi c'est la référence absolue pour les ingénieurs. Elle regroupe des technologies qui fonctionnent de manière similaire, ce qui signifie qu'elles partagent souvent des forces et des faiblesses similaires.

Commençons notre plongée profonde.

Photopolymérisation en cuve (VPP) : transformation d'un liquide en solide

La photopolymérisation en cuve est l'une des formes d'impression 3D les plus anciennes et les plus précises. Si votre objectif principal est d'obtenir des détails d'une netteté exceptionnelle et une finition de surface Cela ressemble presque à du moulage par injection, VPP est l'endroit où vous commencez.

Le concept de base : la lumière comme un ciseau

Imaginez un bassin peu profond (une « cuve ») rempli d'un plastique liquide spécial appelé résine photopolymère. Cette résine possède une propriété unique : elle reste liquide jusqu'à ce qu'elle soit exposée à une longueur d'onde spécifique de lumière ultraviolette (UV), après quoi elle durcit instantanément. Les technologies VPP utilisent ce principe, utilisant une source lumineuse de haute précision pour « dessiner » la forme d'une couche à la surface de la résine, la solidifiant ainsi. Le processus est répété, couche après couche, pour construire un objet solide à partir du liquide.

Le processus étape par étape

Bien qu'il existe différentes machines VPP, elles suivent toutes un flux de travail similaire :

1. Initialisation Une plate-forme de construction s'abaisse dans la cuve de résine photopolymère, laissant un espace minuscule et précis entre la plate-forme et le fond de la cuve, l'épaisseur d'une seule couche.
2. Durcissement: Une source de lumière UV contrôlée éclaire sélectivement la résine selon la forme de la première section de la pièce. La résine exposée se solidifie.
3. Changement de couche : La plate-forme de construction se déplace vers le haut (ou vers le bas, dans certaines machines) d'une hauteur de couche, permettant à une nouvelle couche de résine liquide de s'écouler dans l'espace.
4. La monotonie: Le processus se répète, la source lumineuse durcissant chaque couche suivante et la fusionnant avec celle du dessous jusqu'à ce que la pièce entière soit terminée.
5. Post-traitement: Une fois l'impression terminée, la pièce est retirée du bac, ruisselante de résine. Elle doit être lavée chimiquement (généralement à l'alcool isopropylique), puis durcie complètement dans une chambre UV pour obtenir sa finition finale. propriétés matérielles.

Technologies clés au sein de VPP

• Stéréolithographie (SLA): Il s'agit de la technologie VPP originale. Elle utilise un seul faisceau laser UV, dirigé par des miroirs (galvanomètres), pour tracer la géométrie de chaque couche. D'une précision incroyable, elle peut être plus lente, car le laser doit tracer chaque ligne.
• Traitement numérique de la lumière (DLP) : Au lieu d'un laser, la technologie DLP utilise un projecteur numérique pour projeter une image de la couche entière en une seule fois, comme une diapositive dans un diaporama. Cette méthode est beaucoup plus rapide que la technologie SLA, notamment pour les pièces volumineuses et solides, car la complexité de la couche n'affecte pas le temps de durcissement.
• SLA masqué (MSLA ou LCD) : C'est la technologie qui a démocratisé l'impression résine haute résolution. Elle utilise un puissant réseau de LED UV comme rétroéclairage, masqué par un écran LCD affichant la forme de la couche. L'écran LCD agit comme un pochoir, ne laissant passer la lumière que là où la pièce doit se trouver. C'est une solution économique et très rapide.

Matériaux, avantages, inconvénients et applications

• Matériaux : Résines photopolymères liquides. Elles sont disponibles dans une grande variété, incluant des résines standard, des résines résistantes et durables (imitant l'ABS), des résines flexibles (imitant le caoutchouc) et des résines coulables pour la fabrication de bijoux.
• Avantages : Détails et précision inégalés ; finition de surface incroyablement lisse ; idéal pour les géométries complexes et complexes.
• Inconvénients : Les pièces peuvent être cassantes ; nécessitent un post-traitement salissant (lavage et durcissement) ; les propriétés du matériau peuvent se dégrader avec une exposition prolongée aux UV.
• Meilleures applications: Prototypage haute fidélité, modèles dentaires et médicaux, modèles de moulage de bijoux, miniatures de table et toute application où les caractéristiques fines sont la priorité absolue.

Extrusion de matériaux (MEX) : construction avec des filaments

Il s'agit de loin de la forme d'impression 3D la plus courante et la plus reconnaissable. Si vous avez déjà vu une imprimante 3D de bureau dans une école, une bibliothèque ou l'atelier d'un ami, elle utilise très certainement l'extrusion de matériaux.

Le concept de base : un pistolet à colle chaude de haute technologie

Le principe du MEX est d'une simplicité déconcertante. Un long et fin filament de plastique solide (un « filament ») est introduit depuis une bobine dans une tête d'impression chauffée (une « extrudeuse »). La tête d'impression fait fondre le plastique jusqu'à l'état semi-liquide, puis le force à sortir par une minuscule buse. La machine déplace cette buse selon une trajectoire précise, déposant un fin cordon de plastique fondu qui refroidit et se solidifie presque instantanément. Ce processus se répète couche par couche, chaque nouvelle couche fusionnant avec la précédente.

Le processus étape par étape

1. Chargement: Une bobine de filament thermoplastique est chargée dans l'imprimante. L'extrémité du filament est introduite dans le mécanisme d'extrusion.
2. Chauffage: L'extrémité chaude de l'extrudeuse chauffe jusqu'à la température de fusion spécifique du plastique utilisé (par exemple, ~210°C pour le PLA, ~245°C pour l'ABS).
3. Extrusion: Le système de portique de la machine déplace la tête d'impression le long des axes X et Y tandis que l'extrudeuse pousse le filament à travers la buse chaude, déposant la première couche sur une plaque de construction.
4. Superposition: Une fois la couche terminée, la plaque de construction descend (ou le portique monte) le long de l'axe Z d'une hauteur de couche.
5. La monotonie: Le processus se répète jusqu’à ce que des centaines ou des milliers de couches aient été empilées pour former l’objet final.

Technologies clés au sein de MEX

• Modélisation des dépôts de fil fondu (FDM) : Il s'agit du terme déposé par Stratasys, la société qui a inventé la technologie dans les années 1980. Il est souvent utilisé pour désigner les machines MEX de qualité industrielle.
• Fabrication de filaments fondus (FFF) : Lorsque les brevets FDM ont commencé à expirer dans les années 2000, le mouvement open source RepRap a adopté le terme FFF pour décrire le même procédé. Aujourd'hui, « FFF » est généralement utilisé pour les imprimantes de bureau et les imprimantes grand public, tandis que « FDM » est souvent associé aux systèmes industriels haut de gamme, mais il s'agit fonctionnellement du même procédé.

Matériaux, avantages, inconvénients et applications

• Matériaux : Une vaste gamme de filaments thermoplastiques en constante évolution. C'est l'un des principaux atouts de MEX. Les matériaux courants incluent le PLA (facile à imprimer, biodégradable), l'ABS (solide, résistant aux températures élevées), le PETG (durable, adapté aux aliments) et le TPU (flexible). Secteur industriel les machines peuvent imprimer avec une ingénierie de haute performance des polymères comme le PEEK, le PEKK et l'Ultem, qui ont une résistance et une résistance chimique incroyables.
• Avantages : Coût d'entrée très faible ; large gamme de matériaux aux propriétés diverses ; les machines sont simples, fiables et faciles à utiliser ; produit des pièces solides et fonctionnelles.
• Inconvénients : Les lignes de couches visibles sont toujours présentes, ce qui entraîne une finition de surface plus rugueuse ; une résolution et une précision dimensionnelle inférieures par rapport au VPP ; la résistance de la pièce est anisotrope (plus faible dans l'axe Z, entre les couches).
• Meilleures applications: Prototypage rapide, aides à la fabrication (gabarits, montages et outils), modèles architecturaux, pièces fonctionnelles d'utilisation finale qui ne nécessitent pas une finition de surface parfaite et projets d'amateurs.

En premier une partie de notre guideNous avons exploré les technologies fondamentales de l'impression 3D : la polymérisation de résines liquides par la lumière (photopolymérisation en cuve) et l'extrusion de filaments fondus (extrusion de matériaux). Nous quittons maintenant les liquides et les fils pour entrer dans le monde des poudres. Les deux familles suivantes, la fusion sur lit de poudre et le jet de liant, sont les piliers de l'impression 3D industrielle, capables de créer tout, des prototypes complexes en nylon aux composants en titane prêts à voler.

Fusion sur lit de poudre (PBF) : fusion de poudres avec des lasers et des faisceaux

Si l'extrusion de matériaux est la plus commun forme d'impression 3D, la fusion sur lit de poudre est sans doute la plus transformation pour les applications professionnelles. Cette famille de technologies permet de créer des pièces hautement complexes, sans support, à partir de matériaux robustes. plastiques techniques et métaux haute performance.

Le concept de base : le soudage de précision à haute énergie

Imaginez une chambre de fabrication remplie d'un lit parfaitement lisse et plat de poudre microscopique, qu'il s'agisse d'un polymère ou d'un métal. Une puissante source d'énergie, laser ou faisceau d'électrons, est ensuite dirigée sur le lit de poudre avec une précision extrême. Cette énergie scanne sélectivement la forme de la première couche de la pièce, faisant fondre ou fritter les particules de poudre et les fusionnant pour former une masse solide. Le lit s'abaisse ensuite légèrement, une nouvelle couche de poudre est appliquée sur la surface, et le processus se répète, construisant l'objet couche par couche dans le lit de poudre.

Un avantage clé de cette méthode est que la poudre environnante, non fondue, agit comme une structure de support naturelle. Cela permet de créer des géométries libres et des pièces imbriquées incroyablement complexes, impossibles à produire avec le VPP ou le MEX sans un réseau dense de structures de support qu'il faudrait ensuite supprimer.

Le processus étape par étape

1. Préparation : La chambre de construction est chauffée à une température juste en dessous de la fusion du matériau Point. Cela réduit la contrainte thermique et facilite la fusion de la poudre par la source d'énergie. Pour les métaux réactifs comme le titane, la chambre est également remplie d'un gaz inerte (comme l'argon) pour éviter l'oxydation.
2. Dépôt de poudre : Une lame ou un rouleau de revêtement balaie une fine couche précise de poudre d'un réservoir sur la plate-forme de construction.
3. Fusion : La source d’énergie (laser ou faisceau d’électrons) balaie sélectivement la section transversale de la pièce, fusionnant les particules de poudre en une couche solide.
4. Abaissement: La plate-forme de construction s'abaisse de la hauteur d'une seule couche.
5. La monotonie: Le recouvreur dépose une nouvelle couche de poudre et le processus se répète jusqu'à ce que les pièces soient entièrement formées, enfermées dans le lit de poudre.
6. Temps de recharge et évasion : L'ensemble de la chambre de fabrication doit refroidir lentement (parfois pendant plusieurs heures) pour éviter toute déformation. Une fois refroidie, la plateforme de fabrication est retirée et les pièces sont extraites du gâteau de poudre environnant, selon un processus appelé « démoulage ».
7. Post-traitement: Les pièces sont nettoyées de l'excédent de poudre (souvent recyclée) à l'aide de brosses et d'air comprimé ou d'un décapage. Les pièces métalliques sont généralement encore fixées au plateau de construction et doivent être découpées, ce qui peut nécessiter un traitement thermique ou une finition de surface supplémentaire.

Technologies clés au sein du PBF

• Frittage laser sélectif (SLS) : Il s'agit du principal procédé PBF pour les plastiques. Il utilise un laser CO2 pour fritter (chauffer les particules jusqu'à ce que leurs surfaces se lient sans fusion complète) des poudres de polymères, le plus souvent du nylon (PA11, PA12). RM, nous utilisons SLS pour produire des prototypes durables et fonctionnels et des pièces d'utilisation finale, comme des boîtiers et des assemblages à encliquetage, qui ont des propriétés similaires à celles des pièces moulées par injection.
• Frittage laser direct de métal (DMLS) / Fusion laser sélective (SLM) : Ces deux termes décrivent le procédé de fabrication des métaux et sont souvent utilisés de manière interchangeable, malgré une subtile différence technique. Tous deux utilisent un laser à fibre haute puissance pour fusionner les poudres métalliques. Le DMLS fritte les particules, tandis que le SLM les fait fondre complètement pour former un bain liquide homogène. En pratique, les machines modernes atteignent une fusion complète, créant des pièces d'une densité supérieure à 99.9 %. Cette technologie révolutionne la création de pièces métalliques légères et optimisées pour l'aérospatiale, les implants médicaux et l'automobile haute performance.
• Fusion par faisceau d'électrons (EBM) : Inventé par Arcam (qui fait désormais partie de GE Additive), l'EBM utilise un faisceau d'électrons au lieu d'un laser. Cette technique présente plusieurs différences majeures : le procédé doit se dérouler sous vide et fonctionne à des températures beaucoup plus élevées. Il en résulte des pièces métalliques presque totalement exemptes des contraintes internes propres aux pièces DMLS/SLM, ce qui en fait un matériau idéal pour les composants en titane de qualité médicale et les composants aérospatiaux.

Matériaux, avantages, inconvénients et applications

• Matériaux : Une large gamme de matériaux techniques. Pour les plastiques : principalement les nylons (PA11, PA12), souvent chargés de fibres de verre ou de carbone pour une résistance accrue. Pour les métaux : alliages d'aluminium. Aciers inoxydablesAlliages de titane, Inconel (un superalliage) et cobalt-chrome.
• Avantages : Excellentes propriétés mécaniques ; capacité à créer des géométries très complexes et sans support ; productivité élevée, car toute la zone de construction peut être remplie de pièces (« imbrication »).
• Inconvénients : Coûts élevés des machines et des matériaux ; finition de surface plus rugueuse que VPP ; temps de post-traitement et de refroidissement importants requis.
• Meilleures applications: Prototypes fonctionnels, conduits complexes, gabarits et montages, implants médicaux, supports aérospatiaux légers et production en faible volume de pièces d'utilisation finale complexes.

Projection de liant (BJT) : poudres de collage pour la production de masse

Le jet de liant fonctionne sur un principe similaire au PBF (assemblage de pièces sur un lit de poudre), mais il utilise un mécanisme de fusion complètement différent. Au lieu de la chaleur, le jet de liant utilise un liant liquide, une colle high-tech, pour assembler les particules de poudre. Cette distinction est essentielle pour comprendre pourquoi le BJT est en passe de devenir une véritable technologie de production de masse.

Le concept de base : une imprimante 3D à jet d'encre pour poudres

Imaginez remplacer le papier d'une imprimante à jet d'encre 2D par un lit de poudre métallique ou de sable ultrafine. Une tête d'impression industrielle, très similaire à une tête d'impression à jet d'encre, balaie le lit de poudre et dépose sélectivement des microgouttelettes d'un liant liquide sur les zones qui formeront la pièce. Le liant imprègne la poudre et lie les particules entre elles. Le lit s'abaisse, une nouvelle couche de poudre est étalée, et le processus recommence.

Les pièces produites à ce stade sont fragiles et « crues ». Elles ont la forme de l'objet final, mais ne sont maintenues ensemble que par le liant. Elles doivent subir une étape de post-traitement importante (frittage) pour devenir des pièces solides et fonctionnelles.

Le processus étape par étape

1. Dépôt de poudre : Un rouleau de revêtement étale une fine couche de poudre sur la plate-forme de construction.
2. Dépôt de liant : Une tête d'impression de type jet d'encre se déplace sur le lit, déposant avec précision des gouttelettes de l'agent liant pour former la couche.
3. Superposition: La plate-forme de construction s'abaisse et une nouvelle couche de poudre est appliquée.
4. La monotonie: Le processus se poursuit jusqu’à ce que les pièces soient terminées, enfermées dans de la poudre non liée.
5. Dépoudrage : Les parties « vertes » sont soigneusement extraites du lit de poudre.
6. Frittage : C'est l'étape cruciale. Les pièces brutes sont placées dans un four à haute température. Le liant est brûlé et les particules de poudre sont chauffées juste en dessous de leur point de fusion, ce qui les fait fusionner pour former un objet dense et solide. Au cours de ce processus, les pièces se rétractent de manière significative et prévisible.

Matériaux, avantages, inconvénients et applications

• Matériaux : Métaux (Acier Inoxydable est très courant), du sable (pour créer des moules de coulée) et de la céramique.
• Avantages : Processus d'impression extrêmement rapide (pas de chaleur impliquée) ; coût inférieur par rapport au PBF ; capable de produire en très grand volume, en concurrence avec les méthodes traditionnelles comme le métal Moulage par Injection (MIM).
• Inconvénients : Nécessite un flux de travail de post-traitement important en plusieurs étapes ; les pièces finales ont une densité et des propriétés mécaniques inférieures à celles des pièces PBF ; la gestion du retrait des pièces pendant le frittage peut être complexe.
• Meilleures applications: Production en grande série de petites pièces métalliques complexes ; création de grands moules et noyaux en sable pour l'industrie de la fonderie ; quincaillerie décorative et les produits de consommation.

Dans les deux premières parties de notre guide complet, nous avons passé en revue les technologies clés qui définissent l'impression 3D moderne. Nous avons commencé par la précision des résines photopolymérisables (photopolymérisation en cuve) et l'omniprésence de l'impression à base de filaments (extrusion de matériaux). Nous avons ensuite exploré les technologies industrielles de pointe qui fabriquent des pièces à partir de lits de poudre : la haute résistance de la fusion sur lit de poudre et le potentiel de production en série du jet de liant.

Nous terminons maintenant notre exploration en examinant les trois dernières catégories officielles. Il s'agit souvent de technologies plus spécialisées, chacune répondant à des défis d'ingénierie uniques, allant de la création de modèles hyperréalistes en couleur à la réparation de composants aérospatiaux de plusieurs millions de dollars.

Projection de matériaux (MJT) : la puissance du prototypage ultra-réaliste

Le jet de matière est à l'impression 3D ce qu'une imprimante jet d'encre couleur haut de gamme est à l'impression 2D. Cette technologie a été conçue pour un objectif principal : produire des pièces d'un réalisme visuel époustouflant, aux détails ultra-fins et à la finition de surface exceptionnellement lisse. C'est également la seule technologie permettant d'imprimer facilement plusieurs matériaux et une gamme complète de couleurs en une seule pièce.

Le concept de base : gouttelettes projetées et durcissement instantané

Imaginez une tête d'impression industrielle dotée de centaines de minuscules buses, semblable à une imprimante 2D. Au lieu d'encre, cette tête projette des gouttelettes microscopiques de photopolymère liquide (une résine photosensible) sur une plateforme de fabrication. Au fur et à mesure que ces gouttelettes se déposent, une source de lumière UV, intégrée à la tête d'impression, les traverse et les polymérise instantanément, transformant le liquide en une couche de plastique solide.

Le processus se répète, construisant l'objet couche par couche, ultra-fine, de gouttelettes polymérisées. La véritable magie du MJT réside dans sa capacité à utiliser plusieurs têtes d'impression, chacune projetant un matériau différent. Cela permet de déposer différentes résines de base (par exemple, un matériau opaque rigide et un matériau transparent flexible) à des emplacements précis d'une même couche. En mélangeant ces gouttelettes avant leur polymérisation, la machine peut créer des « matériaux numériques » dotés d'un spectre de propriétés intermédiaires, comme des nuances de couleur variées, des dégradés de transparence ou différentes valeurs de dureté Shore, le tout au sein d'une seule pièce monolithique.

Le processus étape par étape

1. Préparation du dossier : Un modèle 3D est préparé, attribuant des matériaux ou des couleurs spécifiques à différents corps ou faces dans le fichier CAO.
2. Projection et durcissement de matériaux : L'ensemble de tête d'impression balaie la plate-forme de construction, projetant des gouttelettes de photopolymère selon les instructions du fichier numérique.
3. Solidification instantanée : La lampe UV intégrée durcit le matériau projeté presque instantanément.
4. Superposition: La plate-forme de construction s'abaisse et le processus se répète pour la couche suivante.
5. Génération de soutien : Les pièces étant fabriquées à partir d'un liquide, le MJT nécessite une structure de support. Il s'agit généralement d'un matériau gélatineux et soluble, projeté en même temps que le matériau du modèle principal et facilement amovible en post-traitement.
6. Suppression du support : Une fois l'impression terminée, la pièce est placée dans une station de nettoyage où le matériau de support de type gel est retiré par jet d'eau ou en le dissolvant dans une solution, laissant derrière lui une surface parfaitement lisse.

Matériaux, avantages, inconvénients et applications

• Matériaux : Une grande variété de photopolymères (résines acryliques) durcissables aux UV. Formulés pour imiter différents plastiques techniques (type ABS, type polypropylène) et élastomères (type caoutchouc), ils sont disponibles dans une gamme complète de couleurs et de transparences.
• Avantages : Finition de surface et réalisme inégalés ; possibilité d'imprimer en couleur et avec plusieurs matériaux ; précision dimensionnelle extrêmement élevée ; retrait facile du support.
• Inconvénients : Les pièces sont souvent cassantes et ont des propriétés mécaniques inférieures à celles fabriquées avec du PBF ou du MEX ; les matériaux peuvent être sensibles aux rayons UV et peuvent se dégrader avec le temps ; coût élevé des machines et des matériaux.
• Meilleures applications: Modèles d'apparence ultra-réalistes pour produits de consommation ; modèles anatomiques pour la planification chirurgicale ; gabarits et montages nécessitant des surfaces douces au toucher ; faible tirage moules d'injection pour le prototypage.

Dépôt d'énergie dirigé (DED) : additif pour la réparation et les grandes structures

Le dépôt d'énergie dirigée (DED) est une approche fondamentalement différente de la fabrication additive. Alors que les technologies précédentes permettaient de fabriquer des pièces de A à Z dans un volume de fabrication confiné, le DED est un procédé « à ciel ouvert » souvent utilisé pour ajouter Pour ajouter des matériaux à des composants existants ou pour construire de très grandes structures, il faut l'envisager moins comme une imprimante que comme un procédé de soudage ou de placage de haute précision, contrôlé par robot.

Le concept de base : fusionner le matériau au point de dépôt

Dans un système DED, un bras robotisé multiaxes dirige une buse vers une surface cible. Cette buse dépose simultanément un flux de matériau (poudre métallique ou fil) et dirige une puissante source d'énergie (généralement un laser, un faisceau d'électrons ou un arc plasma) vers le même point. Cette source d'énergie crée un petit bain de fusion sur la surface cible, dans lequel le matériau de base est introduit, fondant et fusionnant avec le substrat. Le bras robotisé se déplace le long d'une trajectoire programmée, formant un cordon de matériau. En superposant ces cordons, il peut créer des formes complexes, ajouter des détails ou réparer des surfaces usées.

Parce que le processus ne se limite pas à un lit de poudre, les machines DED peuvent créer de très grandes pièces, limitées uniquement par la portée du bras robotisé.

Matériaux, avantages, inconvénients et applications

• Matériaux : Presque exclusivement des métaux, souvent sous forme de fil ou de poudre. Les matériaux courants incluent les alliages de titane, l'Inconel, les aciers inoxydables et divers aciers à outils.
• Avantages : Peut créer de très grandes pièces ; taux de dépôt de matériaux élevés ; excellent pour réparer ou ajouter des fonctionnalités à des pièces existantes de grande valeur ; peut créer des matériaux fonctionnellement classés en changeant la matière première au milieu du processus.
• Inconvénients : Très faible résolution et mauvaise finition de surface, nécessitant presque toujours un post-usinage important ; coût d'équipement élevé ; le contrôle du processus peut être complexe.
• Meilleures applications: At RM, nous reconnaissons la puissance du DED pour les applications à haute valeur ajoutée comme la réparation des aubes de turbine usées pour l'industrie aérospatiale, ajoutant fonctionnalités personnalisées pour les grands métaux pièces forgées et fabrication de composants structurels à grande échelle pour la défense et la marine.

7. Stratification de feuilles (SHL) : la technologie de niche des couches

Le laminage de feuilles est l'une des formes de fabrication additive les plus anciennes et les moins courantes. Il s'agit d'une famille de procédés qui permet de fabriquer des objets par empilement, collage et découpe de fines feuilles de matériau. Bien que ses applications soient spécifiques, ses limites géométriques et propriétés matérielles moyennes il n'est pas largement utilisé pour les pièces fonctionnelles.

Le concept de base : empiler et découper des feuilles

Le processus commence avec un rouleau ou une feuille de matériau (papier, plastique ou feuille métallique). Cette feuille est placée sur la plateforme de construction et collée à la couche inférieure à l'aide d'un adhésif ou, dans les systèmes plus avancés, par ultrasons. Une fois collée, une un laser ou une lame physique coupe Le contour de la pièce pour cette couche spécifique. Les déchets restent en place pour servir de structure de support. La plateforme s'abaisse ensuite, une nouvelle feuille est introduite et collée, et le processus se répète. Une fois la fabrication terminée, la pièce est encastrée dans un bloc de matériau laminé et découpé en dés et doit être excavée.

Une forme moderne et plus avancée est Fabrication additive par ultrasons (UAM), qui utilise des vibrations ultrasoniques pour créer une liaison métallurgique solide entre des couches de feuilles métalliques, le tout sans apport de chaleur significatif. Ce procédé à basse température permet d'intégrer des composants électroniques et des capteurs directement dans des pièces métalliques solides.

Matériaux, avantages, inconvénients et applications

• Matériaux : Papier, plastiques et feuilles métalliques (aluminium, cuivre, titane).
• Avantages : Très rapide pour les objets volumineux et encombrants ; faible coût des matériaux (pour les systèmes à base de papier) ; l'UAM peut intégrer des composants électroniques et lier des métaux différents.
• Inconvénients : Procédé très gaspilleur ; complexité géométrique limitée (pas de vides internes) ; les pièces finales peuvent être sujettes au délaminage ; mauvaise finition de surface.
• Meilleures applications: Modèles conceptuels à faible coût et à un stade précoce (en particulier avec du papier) ; création de pièces avec capteurs ou électronique intégrés (UAM) ; production de composites à matrice métallique personnalisés.

Faire le choix : un résumé des 7 technologies AM

Choisir le bon additif le processus de fabrication est une ingénierie critique Une décision qui dépend entièrement des exigences de votre application en termes de rapidité, de coût, de propriétés des matériaux et de complexité géométrique. Comme nous l'avons vu, il n'existe pas de méthode idéale, mais seulement l'outil adapté à la tâche.

L'équipe RM (Fabrication rapide) Nous vivons ces compromis au quotidien et guidons nos clients vers la solution optimale. Pour simplifier votre décision, voici un résumé des sept technologies officielles :

Foire Aux Questions (FAQ)

Q1 : Combien de types de fabrication additive existe-t-il ?

Selon la norme officielle ISO/ASTM 52900, il existe sept principaux types ou familles de fabrication additive Processus. Bien qu'il existe des dizaines de marques de machines et de noms de procédés déposés (comme FDM®, SLA®, DMLS®), ils appartiennent tous à l'une de ces sept catégories principales en fonction de leur principe de fonctionnement fondamental.

Q2 : Quelle est la différence entre la fabrication additive et l’impression 3D ?

En pratique, les termes « fabrication additive » et « impression 3D » sont utilisés indifféremment. « Impression 3D » est le terme le plus courant et le plus largement compris, notamment dans le contexte grand public. « Fabrication additive » est le terme industriel plus formel qui met l'accent sur l'utilisation de la technologie dans les environnements de production professionnels, la distinguant ainsi de la fabrication « soustractive » traditionnelle (comme la fabrication additive). Usinage CNC) ou la fabrication « formative » (comme le moulage par injection).

Q3 : Quelles sont les 8 étapes d’un flux de travail de fabrication additive typique ?

Bien que chacune des sept technologies ait ses propres nuances, le flux de travail général, de l’idée à la pièce, peut être décomposé en huit étapes clés :

1. Modélisation 3D (CAO) : Créez une conception 3D numérique à l'aide d'un logiciel de CAO.
2. Exportation de fichiers (STL/3MF) : Convertissez le modèle CAO en un format de fichier imprimable comme STL ou 3MF.
3. Tranchage: Utilisez un logiciel de découpage pour découper numériquement le modèle en fines couches horizontales et générer le Instructions en code G pour la machine.
4. Configuration de la machine : préparer la fabrication additive machine en chargeant le matériau, en nettoyant la plate-forme de construction et en effectuant des étalonnages.
5. Le processus de construction : La machine construit la pièce couche par couche, un processus automatisé qui peut prendre des heures, voire des jours.
6. Retrait de pièces : Retirez délicatement la ou les pièces finies de la machine. Cela peut impliquer de laisser refroidir la chambre ou de détacher la pièce du plateau de construction.
7. Post-traitement: Il s’agit d’une étape cruciale qui comprend le retrait du support, le nettoyage (par exemple, l’élimination de l’excès de poudre) et le durcissement (par exemple, le post-durcissement UV pour les résines).
8. Finition/Inspection (facultatif) : La pièce peut subir d'autres étapes telles que le ponçage, le polissage, la peinture ou le traitement thermique, suivis d'une inspection de qualité pour garantir qu'elle répond aux spécifications.

Références

1. ISO/ASTM International. (2021). ISO/ASTM 52900:2021 : Fabrication additive — Principes généraux — Principes fondamentaux et vocabulaire. https://www.astm.org/standards/iso-astm52900
2. Gibson, I., Rosen, DW, et Stucker, B. (2015). Technologies de fabrication additive : impression 3D, prototypage rapide et fabrication numérique directe (2e éd.). Springer. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4939-2113-3
3. Wohlers Associates. (2023). Rapport Wohlers 2023 : État de l'industrie de la fabrication additive et de l'impression 3D. https://wohlersassociates.com/product/2023-wohlers-report/

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