Le Metal Binder Jetting est une technologie de pointe dans le domaine de la fabrication additive qui gagne du terrain dans l'industrie manufacturière en raison de sa capacité à créer des pièces métalliques complexes et précises. Contrairement à d'autres méthodes d'impression 3D de métal, telles que la fusion sélective au laser (SLM) ou la fusion par faisceau d'électrons (EBM), dans lesquelles la poudre de métal est fondue couche par couche par une source de chaleur, le Metal Binder Jetting utilise un liant pour lier la poudre de métal. L'un des principaux avantages du Metal Binder Jetting est sa rapidité. Comme le liant est appliqué sur l'ensemble du lit de poudre par une large tête d'impression, le processus est beaucoup plus rapide que les techniques telles que SLM ou EBM, qui nécessitent que la source d'énergie se déplace progressivement sur le lit de poudre. De plus, le Metal Binder Jetting offre une plus grande liberté de conception et une plus grande flexibilité, car il permet de réaliser des géométries plus complexes sans avoir recours aux structures de support souvent requises par le SLM et l'EBM. De plus, il est capable de créer des pièces avec des structures internes ou des composants difficiles à usiner avec les méthodes de fabrication additive traditionnelles et autres.
Malgré sa simplicité apparente, le Metal Binder Jetting représente une avancée majeure dans la technologie de fabrication et élargit les possibilités dans de nombreux secteurs industriels.
Le processus d'impression
Préparation du modèle CAO
Le processus commence par un modèle numérique en 3D, créé dans un programme de CAO (conception assistée par ordinateur). Ce modèle est ensuite décomposé en couches très fines, généralement entre 20 et 100 microns d'épaisseur, afin de donner une orientation à l'imprimante.
Revêtement en poudre
L'imprimante commence le processus en déposant une fine couche de poudre métallique sur la plateforme de construction. L'épaisseur de la couche correspond à l'épaisseur des tranches du modèle numérique.
Application du liant
Ensuite, une tête d'impression se déplace sur la couche de poudre et éjecte sélectivement un liant liquide. Ce liant "colle" les particules métalliques les unes aux autres en fonction du modèle CAO. Les zones où le liant n'est pas appliqué restent en poudre libre.
Processus couche par couche
La plate-forme de construction s'abaisse alors d'une épaisseur de couche et une nouvelle couche de poudre métallique est appliquée. La tête d'impression applique le liant sur la nouvelle couche et la lie à la couche sous-jacente. Ce processus est répété couche par couche jusqu'à ce que la pièce entière soit imprimée.
Raffinement du processus MBJ pour une efficacité maximale
Dans l'impression 3D métal traditionnelle, les méthodes de projection de liant nécessitent souvent des passages séparés pour l'application de la poudre et du liant. Cette méthode consiste à répandre une couche de poudre métallique sur une plate-forme de construction, puis à déplacer la tête d'impression sur la poudre pour déposer sélectivement le liant. Grâce à ce dépôt sélectif, les particules de poudre métallique fusionnent entre elles pour former le design de la pièce.
Cependant, les récentes avancées technologiques ont permis de faire évoluer cette approche. Des technologies innovantes telles que le Single Pass Jetting (SPJ) du fabricant Desktop Metal ont permis d'augmenter considérablement la vitesse et l'efficacité de l'impression 3D de pièces métalliques. Avec cette technique, la poudre et le liant sont appliqués simultanément en un seul passage, ce qui permet de rationaliser le processus.
L'une des principales caractéristiques du procédé SPJ est l'utilisation d'un rouleau à rotation inverse qui répartit et compacte la poudre métallique sur la plate-forme de construction. Pendant que le rouleau fait son travail, la tête d'impression se déplace dans la direction opposée, ce qui permet au liant d'être appliqué et aux particules de poudre métallique de fusionner entre elles.
Outre ces innovations, certaines imprimantes 3D modernes intègrent un mécanisme de séchage dans la tête d'impression. Ce mécanisme sèche le liant immédiatement après l'application, ce qui renforce la pièce "verte" obtenue et garantit une précision dimensionnelle exceptionnelle.
Les technologies telles que SPJ ont repoussé les limites de ce qu'il est possible de faire en matière d'impression 3D de métal, en permettant des vitesses d'impression bidimensionnelles (2D) allant jusqu'à 12 000 cm²/s. Cette amélioration représente un bond en avant significatif par rapport aux méthodes traditionnelles de projection de liant et permet de produire en masse des pièces métalliques complexes de haute qualité, plus rapidement et plus efficacement que jamais.
Post-traitement
Après le processus d'impression, la pièce "verte" subit des phases critiques de post-traitement, notamment le déliantage et le frittage. Lors du déliantage, la pièce "verte" est chauffée afin d'éliminer progressivement la majeure partie du liant, ce qui donne une pièce "brune" plus solide mais légèrement poreuse. Cette partie "brune" est ensuite amenée au frittage, où elle est chauffée juste en dessous du point de fusion de la poudre métallique. Cette chaleur provoque la liaison des particules de métal entre elles, ce qui densifie encore la pièce et augmente sa résistance.
Les imprimantes 3D Binder Jetting de certains fabricants, comme Desktop Metal, utilisent un logiciel sophistiqué pour garantir la réussite du processus de frittage. Ce logiciel prédit le rétrécissement et la déformation de la pièce pendant le frittage et les compense pendant l'impression. Cette compensation, appelée "pré-déformation", permet à la pièce d'atteindre ses dimensions finales correctes après le frittage, malgré les températures élevées et les modifications structurelles qui en découlent.
Le résultat de ces étapes est une pièce métallique solide qui conserve les détails complexes imprimés en 3D tout en offrant une durabilité et une résolution exceptionnelles. De l'aérospatiale à la médecine en passant par l'automobile, ces pièces de haute qualité soulignent le potentiel révolutionnaire du processus de jetting de liant dans l'impression 3D métallique.
Matériaux dans le Metal Binder Jetting
Le choix des matériaux pour le Metal Binder Jetting est crucial et détermine en grande partie les propriétés et les applications des pièces finies. En ce qui concerne la compatibilité, cette technologie peut être utilisée pour une grande variété de métaux et d'alliages.
L'acier inoxydable est largement utilisé en raison de sa robustesse, de sa résistance à la corrosion et de son prix abordable. Ces caractéristiques font de l'acier inoxydable un excellent choix pour une grande variété d'applications, des pièces automobiles aux ustensiles de cuisine.
Les aciers à outils, connus pour leur dureté et leur résistance à l'usure, sont également très utilisés. Ils sont particulièrement utiles pour la fabrication de moules, de matrices et d'outils de coupe.
Les alliages à base de nickel, tels que l'Inconel, sont également utilisés dans le cadre du "metal binder jetting". Ces alliages sont connus pour leur résistance aux températures élevées et leur solidité et sont souvent utilisés dans des secteurs exigeants comme l'aérospatiale et l'énergie.
Le titane et ses alliages, appréciés pour leur excellent rapport résistance/poids et leur biocompatibilité, sont également compatibles avec le procédé Metal Binder Jetting. Ils sont typiquement utilisés dans l'industrie aérospatiale, médicale et dentaire.
La possibilité de travailler avec ces différents matériaux est l'un des principaux avantages du Metal Binder Jetting. En choisissant le bon matériau, les fabricants peuvent produire des pièces qui répondent à des exigences spécifiques de solidité, de poids, de résistance à la température ou de biocompatibilité. Cette flexibilité des matériaux, associée à la capacité de produire des géométries complexes, consolide la position du Metal Binder Jetting en tant qu'outil performant dans différents secteurs. Que ce soit dans l'aéronautique, l'automobile ou le médical, cette technologie redéfinit sans cesse les possibilités de la fabrication additive.
Les avantages du Metal Binder Jetting
Maintenant que nous avons une compréhension plus approfondie du processus, jetons un coup d'œil aux innombrables avantages qu'apporte cette technologie.
Flexibilité du design
L'un des principaux avantages du Metal Binder Jetting est sans doute la liberté de conception qu'il offre. Les méthodes de fabrication traditionnelles peuvent limiter la complexité et la complexité des conceptions en raison des contraintes de découpe ou de perçage. Cependant, comme le Metal Binder Jetting construit les pièces couche par couche, il est possible de réaliser des géométries plus complexes, telles que des canaux internes, des contre-dépouilles et des motifs compliqués.
Prototypage rapide
Dans un secteur où la rapidité est essentielle, la capacité à créer rapidement des prototypes est inestimable. Le Metal Binder Jetting facilite le prototypage rapide et permet aux designers et aux ingénieurs de réviser et d'affiner leurs conceptions rapidement et à moindre coût. Cela permet de raccourcir considérablement le cycle de développement des produits et de les mettre plus rapidement sur le marché.
Évolutivité et efficacité
Le procédé Metal Binder Jetting n'est pas seulement efficace, il est également évolutif. Il est capable de produire une seule pièce unique pour des commandes personnalisées ou des milliers de pièces identiques pour une production de masse. Le processus est automatisé, ce qui réduit le travail manuel et minimise les déchets, d'où une efficacité en termes de coûts et de temps.
Applications de Metal Binder Jetting
La polyvalence et l'efficacité du Metal Binder Jetting trouvent des applications dans différents secteurs, tels que la fabrication d'équipements hydrauliques, les centres de fraisage et de tournage, l'aérospatiale et la construction mécanique.
Dans l'industrie hydraulique
Le Metal Binder Jetting est d'une grande utilité dans l'industrie hydraulique. La capacité de cette technologie à produire des géométries complexes avec une grande précision aide à la fabrication de composants hydrauliques compliqués tels que les vannes, les pompes et les cylindres. Ces pièces peuvent être dotées de canaux et de structures internes, ce qui augmente leur efficacité et leur fonctionnalité.
Dans les centres de fraisage et de tournage
Les centres de fraisage et de tournage nécessitent des pièces usinées avec précision pour garantir des performances optimales. Metal Binder Jetting répond à cette exigence en proposant des pièces haute résolution aux spécifications exactes. Sa capacité à créer des géométries complexes et des structures internes permet d'améliorer la conception et les performances des composants utilisés dans ces centres.
Dans l'industrie aérospatiale
L'industrie aérospatiale accorde de l'importance aux pièces légères, solides et complexes, un domaine dans lequel Metal Binder Jetting excelle. Des composants tels que les aubes de turbine, les tuyères à carburant et d'autres pièces importantes peuvent être rendus plus légers et plus économes en carburant. Cela permet d'améliorer les performances globales et de réduire les coûts dans l'industrie aérospatiale.
Dans l'ingénierie mécanique
Metal Binder Jetting s'avère particulièrement avantageux dans le domaine de la construction mécanique en raison de son évolutivité et de sa rapidité. Qu'il s'agisse de produire des pièces personnalisées pour des machines spécifiques ou de produire de grandes quantités de pièces identiques pour la production en série, le Metal Binder Jetting peut le faire efficacement. Cela contribue à accélérer les cycles de production et à améliorer la rentabilité.
Avec ces applications spécifiques sur vos marchés cibles primaires, le Metal Binder Jetting peut en effet révolutionner vos processus de fabrication, améliorer la qualité de vos produits et contribuer à la croissance de votre entreprise.
Restrictions
Bien que cette technologie puisse être utilisée pour une grande variété de métaux, elle a aussi ses limites. Tous les métaux ne peuvent pas être traités par Metal Binder Jetting, et certains matériaux peuvent ne pas atteindre les mêmes propriétés mécaniques que celles obtenues par les procédés traditionnels.
Conclusion
Dans le monde de la fabrication, le jet de liant métallique s'est créé une niche grâce à ses capacités uniques et à une large gamme d'applications. C'est une technologie qui offre une liberté de conception, un prototypage rapide et une efficacité incomparables. Bien que cette technologie présente ses propres défis et contraintes, des entreprises comme Desktop Metal développent des solutions révolutionnaires pour les surmonter. Le Metal Binder Jetting est une technologie prometteuse qui peut contribuer à façonner l'avenir de la fabrication.
