🉑 👺 🆑 Impression 3D avec des métaux - technologies et imprimantes 🌚 👨🏾‍🔬 📸

L'impression 3D sur métal devient de plus en plus populaire. Et cela n'est pas surprenant: chaque matériau d'impression métallique offre une combinaison unique de propriétés pratiques et esthétiques afin de répondre aux exigences de divers produits, qu'il s'agisse de prototypes, de miniatures, de bijoux, de pièces fonctionnelles ou même d'ustensiles de cuisine.

Les raisons de l'impression avec des métaux sont si convaincantes que l'impression 3D avec des métaux est déjà introduite dans la production de masse. En fait, certaines pièces imprimées en 3D ont déjà rattrapé leur retard, et certaines ont dépassé celles produites par les méthodes traditionnelles dans leurs propriétés.

La production traditionnelle de métaux et de plastiques est très gaspilleuse - dans l'industrie aéronautique, par exemple, jusqu'à 90% des matériaux sont perdus. La production, dans certaines industries, ne dépasse pas 30% du matériau utilisé.

L'impression 3D avec des métaux consomme moins d'énergie et réduit les déchets au minimum. De plus, un produit imprimé en 3D fini peut être jusqu'à 60% plus léger qu'une pièce fraisée ou coulée. L'industrie aéronautique à elle seule permettra d'économiser des milliards de dollars en carburant - en réduisant le poids des structures. Mais la force et la légèreté sont également nécessaires dans d'autres industries. Oui, et la rentabilité aussi.

Impression 3D de métal à la maison

Que peut-on faire si l'on souhaite essayer l'impression 3D avec du métal à la maison? Des températures extrêmement élevées sont nécessaires pour l'impression sur métal; il est peu probable que vous puissiez utiliser une imprimante FDM 3D conventionnelle pour cela, du moins pour l'instant. La situation pourrait changer dans quelques années, mais maintenant ce n'est pas disponible pour la technologie 3D domestique.

Si vous souhaitez réaliser des impressions métalliques à la maison, la meilleure option est d'utiliser du plastique contenant des particules métalliques.

Tels que Colorfabb Bronzefill ou Bestfilament Bronze .

Ces filaments contiennent un pourcentage important de poudres métalliques, mais aussi suffisamment de plastique - pour imprimer à basse température avec n'importe quelle imprimante 3D. En même temps, ils contiennent une quantité suffisante de métal pour en conséquence regarder, sentir et avoir un poids proche du poids d'un objet métallique.

Les produits constitués de filaments contenant du fer deviennent même rouillés dans certaines conditions, ce qui ajoute de la crédibilité, mais ils ne pourront pas rouiller et se détériorer - et c'est leur avantage sur les vrais objets métalliques.

Les avantages de ces matériaux:

Apparence d'impression unique
Idéal pour les bijoux, figurines, articles ménagers et décoration.
Haute résistance
Très faible retrait lors du refroidissement
Table chauffante en option

Inconvénients:

Faible flexibilité du produit, selon la conception de l'impression
N'est pas considéré comme sûr au contact des aliments.
Nécessite un réglage fin de la température de la buse et de la vitesse d'alimentation du filament
Le post-traitement des produits est nécessaire - meulage, polissage
Usure rapide de la buse de l'extrudeuse - le filament avec du métal est très abrasif par rapport aux matériaux conventionnels

La plage de température d'impression totale est généralement comprise entre 195 ° C et 220 ° C.

L'impression 3D de métaux dans l'industrie

Si vous souhaitez acheter une imprimante 3D qui imprime du vrai métal pour une utilisation en entreprise, voici deux nouvelles pour vous - bonnes et mauvaises.

La bonne nouvelle est que leur gamme est suffisamment large et continue de s'étendre - vous pouvez choisir un appareil qui répond à toutes les exigences techniques. Plus loin dans l'article, vous pouvez le vérifier.

La mauvaise nouvelle est une chose - les prix. Le coût des imprimantes professionnelles d'impression sur métal commence à environ 200 000 $ et augmente indéfiniment. De plus, même si vous choisissez et achetez les plus bon marché d'entre eux, un coup distinct sera l'achat de consommables, la maintenance programmée avec le remplacement des composants et la réparation. N'oubliez pas le personnel et les coûts des produits de post-traitement. Et au stade de la préparation de l'impression, vous aurez besoin d'un logiciel spécial et de personnes capables de le gérer.

Si vous êtes prêt pour toutes ces dépenses et difficultés - lisez la suite, nous vous présenterons quelques échantillons très intéressants.

https://youtu.be/20R9nItDmPY

Impression métal 3D - application

Certains secteurs industriels utilisent déjà des imprimantes 3D en métal , ils sont devenus une partie intégrante du processus de production, qu'un consommateur ordinaire peut ne pas connaître: l'

exemple le plus courant est les implants médicaux et les couronnes dentaires, les ponts, les prothèses, qui sont déjà considérés comme l'option la plus optimale pour les patients. Raison: elles peuvent être réalisées plus rapidement et à moindre coût à l'aide d'une imprimante 3D et adaptées aux besoins individuels de chaque patient.

Le deuxième exemple, tout aussi courant: les bijoux . La plupart des grands fabricants passent progressivement de l'impression 3D de moules et de cires à l'impression 3D directe avec du métal, et l'impression à partir de titane permet aux bijoutiers de créer des produits d'une conception auparavant impossible.

De plus, l'industrie aérospatiale devient de plus en plus dépendante des produits métalliques imprimés en 3D. Ge-AvioAero en Italie est la première usine d'impression entièrement 3D au monde à produire des composants de moteurs à réaction LEAP.

La prochaine industrie utilisant des imprimantes 3D pour le métal est l'industrie automobile. BMW, Audi, FCA envisagent déjà sérieusement l'application de la technologie dans la production de masse, et pas seulement dans le prototypage, où ils utilisent l'impression 3D depuis de nombreuses années.

Il semblerait - pourquoi réinventer la roue? Mais ici, l'impression 3D avec du métal a trouvé une application. Depuis plusieurs années, les fabricants de composants et de cadres de vélos utilisent l'impression 3D. Non seulement dans le monde, mais aussi en Russieil a gagné en distribution. Le fabricant de vélos exclusifs Triton achève un projet avec un élément imprimé en 3D d'un cadre en titane, qui a permis de réduire son poids sans sacrifier la résistance.

Mais avant que l'impression 3D avec des métaux ne capture vraiment le monde, il faudra surmonter plusieurs problèmes graves. Tout d'abord, c'est le coût élevé et la faible vitesse de production de gros lots par cette méthode.

Impression métal 3D - technologie

On peut en dire beaucoup sur l'utilisation des imprimantes 3D à impression métallique. Il y a une spécificité, mais les problèmes de base sont les mêmes que pour toutes les autres imprimantes 3D: limitations logicielles et matérielles, optimisation des matériaux et impression avec plusieurs matériaux. Nous ne parlerons pas beaucoup de logiciels, nous mentionnons seulement que les plus grands éditeurs, tels que Autodesk, SolidWorks et SolidThinking, développent tous des produits logiciels destinés à l'impression en masse avec des métaux afin que les utilisateurs puissent réaliser un produit de toute forme imaginable.

Récemment, des exemples sont apparus que les pièces métalliques imprimées en 3D peuvent être aussi solides que les composants métalliques fabriqués de manière traditionnelle, et même les dépasser dans certains cas. Créés à l'aide de DMLS, les produits ont les mêmes propriétés mécaniques que leurs homologues en fonte solide.

Examinons les technologies métalliques disponibles pour l'impression 3D:

Processus n ° 1: fusion de poudre de couche

Le processus d'impression 3D avec des métaux, que les plus grandes entreprises utilisent aujourd'hui, est appelé fusion ou frittage de la couche de poudre. Cela signifie qu'un laser ou un autre faisceau à haute énergie fusionne les particules d'une poudre métallique uniformément répartie, créant des couches de produits, l'une après l'autre.

Il existe huit grands fabricants d'imprimantes d'impression 3D en métal dans le monde, la plupart situés en Allemagne. Leurs technologies sont abrégées en SLM (fusion laser sélective) ou DMLS (frittage direct de métal par laser).

Processus n ° 2: projection de liant

Une autre méthode professionnelle avec une liaison couche par couche est la liaison de particules métalliques pour une cuisson ultérieure dans un four à haute température, où les particules sont fusionnées sous pression, formant un tout métallique unique. La tête d'impression applique la solution de collage sur le substrat en poudre en couches, comme une imprimante normale, sur des feuilles de papier, après quoi le produit est envoyé pour la cuisson.

Une autre technologie similaire mais différente, basée sur l'impression FDM - le mélange de poudre métallique dans une pâte métallique. En utilisant l'extrusion pneumatique, une imprimante 3D extrude, un peu comme une imprimante 3D de bâtimentle fait avec du ciment pour former des objets 3D. Une fois la forme souhaitée imprimée, les objets sont également frittés dans le four. Cette technologie utilise Mini Metal Maker - peut-être la seule imprimante 3D plus ou moins abordable pour l'impression sur métal (1600 $). Ajoutez le coût d'un petit poêle à rôtir.

Processus n ° 3: Fusion

Vous pourriez penser que parmi les technologies d'impression sur métal, il n'y a pas de FDM ordinaire, cependant, ce n'est pas entièrement vrai. Vous ne pourrez pas faire fondre un fil métallique dans l'extrémité chaude de votre imprimante 3D, mais les grands fabricants possèdent cette technologie et l'utilisent. Il existe deux façons principales d'imprimer avec un matériau entièrement métallique.

L'un d'eux est appelé DED (Directed Energy Deposition), ou revêtement laser. Il utilise un faisceau laser pour fusionner la poudre métallique, qui est lentement libérée et déposée de l'extrudeuse, formant les couches de l'objet à l'aide d'un manipulateur industriel.

Cela se fait généralement à l'intérieur d'une chambre fermée, cependant, en utilisant l'exemple du MX3D, nous voyons la possibilité de mettre en œuvre une telle technologie dans la construction d'un véritable pont grandeur nature, qui devrait être imprimé en 2017 à Amsterdam.

Un autre est appelé EBM (Electron Beam Manufacturing - production de faisceaux d'électrons), c'est une technologie de formation de couches de matières premières métalliques sous l'influence d'un puissant faisceau d'électrons, avec son aide à créer de grandes et très grandes structures. Si vous ne travaillez pas dans le complexe de défense de la Fédération de Russie ou des États-Unis, il est peu probable que vous voyiez cette technologie en vie.

Quelques nouvelles technologies à peine émergentes utilisées jusqu'à présent uniquement par leurs créateurs sont présentées ci-dessous - dans la section sur les imprimantes.

Métaux usagés

Ti - Titane

Le titane pur (Ti64 ou TiAl4V) est l'un des métaux les plus couramment utilisés pour l'impression 3D, et certainement l'un des plus polyvalents, car il est à la fois durable et léger. Il est utilisé à la fois dans l'industrie médicale (dans les prothèses personnalisées), dans les industries aérospatiale et automobile (pour la fabrication de pièces et prototypes), et dans d'autres domaines. Seul hic - il a une réactivité élevée, c'est-à-dire qu'il peut facilement exploser lorsqu'il se présente sous forme de poudre, et doit être utilisé pour l'impression uniquement dans un environnement de gaz inerte d'argon.

SS - Acier inoxydable

L'acier inoxydable est l'un des métaux les plus abordables pour l'impression 3D. En même temps, il est très durable et peut être utilisé dans un large éventail d'industries industrielles et artistiques. Ce type d'alliage d'acier, contenant du cobalt et du nickel, a une élasticité et une résistance à la traction élevées. L'impression 3D avec de l'acier inoxydable est principalement utilisée uniquement dans l'industrie lourde.

Inconel - Inconel

L'Inconel est un superalliage moderne. Il est fabriqué par Special Metals Corporation et est une marque déposée. Il se compose principalement de nickel et de chrome et présente une haute résistance à la chaleur. Il est utilisé dans les industries pétrolière, chimique et aérospatiale (par exemple: pour créer des buses de distribution, des «boîtes noires» embarquées).

Al - Aluminium

En raison de sa légèreté et de sa polyvalence inhérentes, l'aluminium est un métal très populaire pour une utilisation en impression 3D. Il est généralement utilisé sous la forme de divers alliages, constituant leur base. La poudre d'aluminium est explosive et est utilisée dans l'impression dans un environnement de gaz inerte d'argon.

CoCr - Chrome cobalt

Cet alliage métallique a une résistance spécifique très élevée. Il est utilisé à la fois en dentisterie - pour l'impression 3D de couronnes dentaires, de bridges et de prothèses de voûte plantaire, et dans d'autres domaines.

Cu - Cuivre

À de rares exceptions près, le cuivre et ses alliages - bronze, laiton - sont utilisés pour la coulée à l'aide de modèles combustibles, et non pour l'impression directe avec du métal. En effet, leurs propriétés étant loin d'être idéales pour une utilisation en impression 3D industrielle, elles sont le plus souvent utilisées en artisanat. Avec un grand succès, ils sont ajoutés au filament plastique - pour l'impression 3D sur des imprimantes 3D conventionnelles.

Fe - Fer

Le fer et le fer magnétique sont également principalement utilisés comme additifs aux filaments de PLA. Dans l'industrie à grande échelle, le fer pur est rarement utilisé, mais nous avons écrit sur l'acier ci-dessus.

Au, Ag - Or, argent et autres métaux précieux

La plupart des couches de poudre fusionnées d'imprimantes 3D peuvent fonctionner avec des métaux précieux tels que l'or, l'argent et le platine. La tâche principale lorsque vous travaillez avec eux est de vérifier la consommation optimale de matériel coûteux. Les métaux précieux sont utilisés dans l'impression 3D de bijoux et de produits médicaux, ainsi que dans la fabrication d'électronique.

Imprimantes 3D en métal

# 1: Sciaky EBAM 300 - tige en titane

Pour imprimer de très grandes structures métalliques, l'EBAM de Sciaky est le meilleur choix. Cet appareil peut être de toute taille, sur commande. Il est principalement utilisé dans les industries de l'aérospatiale et de la défense des États-Unis.

En tant que modèle de production, Sciaky vend l'EBAM 300. Il a une taille d'espace de travail avec des côtés de 5791 x 1219 x 1219 mm.

La société affirme que l'EBAM 300 est l'une des imprimantes 3D industrielles les plus rapides du marché. Les éléments structurels des avions, dont la production, selon les technologies traditionnelles, pourrait prendre jusqu'à six mois, sont désormais imprimés en 48 heures.

La technologie unique de Sciaky utilise un pistolet à rayons cathodiques haute puissance pour faire fondre un filament de titane de 3 mm d'épaisseur, avec un taux de dépôt standard d'environ 3 à 9 kg / h.

# 2: Fabrisonic UAM - Échographie

Une autre méthode d'impression 3D pour les grandes pièces métalliques est la technologie de fabrication additive par ultrasons (UAM) de Fabrisonic. L'idée originale de Fabrisonic est une machine CNC à trois axes avec une tête de soudage supplémentaire. Les couches métalliques sont d'abord coupées puis soudées ensemble par ultrasons. La plus grande imprimante 3D Fabrisonic est la «7200», avec un volume de construction de 2 x 2 x 1,5 m.

# 3: Laser XLine 1000 - poudre métallique

L'une des plus grandes imprimantes 3D d'impression sur poudre métallique du marché est depuis longtemps la XLine 1000 de Concept Laser. Il a une surface de montage de 630 x 400 x 500 mm et occupe de l'espace comme une petite maison.

La société allemande, qui est l'un des fournisseurs d'imprimantes 3D pour des sociétés aérospatiales géantes telles qu'Airbus, a récemment présenté une nouvelle imprimante, la XLine 2000.

2000 possède deux lasers et un volume de construction encore plus grand de 800 x 400 x 500 mm. Cette machine, qui utilise la technologie brevetée LaserCUSING (un type de fusion laser sélective), peut créer des objets à partir d'alliages d'acier, d'aluminium, de nickel, de titane, de métaux précieux et de certains matériaux purs (titane et acier.)

Tous les principaux acteurs du marché de l'impression 3D de métaux possèdent de telles machines: EOS, SLM, Renishaw, Realizer et 3D Systems, ainsi que Shining 3D, une société chinoise en plein développement.

# 4: M Line Factory - une usine 3D modulaire

Déplacement: 398,78 x 398,78 x 424,18 mm
De 1 à 4 lasers, 400 - 1000 W de puissance chacun.

Le concept M Line Factory est basé sur les principes de l'automatisation et de l'interaction.

M Line Factory, du même Concept Laser, et travaillant sur la même technologie, ne se concentre pas sur la taille de l'espace de travail, mais sur la commodité de la production - c'est un appareil d'architecture modulaire qui divise la production en processus séparés afin que ces processus puissent se produire simultanément, et non séquentiellement.

Cette nouvelle architecture se compose de 2 nœuds de machine indépendants:

M Line Factory PRD (Unité de production - Unité de production) L'

unité de production se compose de 3 types de modules: module de distribution, module d'impression et module de débordement (bac pour produits finis). Tous peuvent être activés individuellement et ne forment pas une unité continue d'équipement. Ces modules sont transportés à travers un système de tunnel à l'intérieur de la machine. Par exemple, lorsqu'une nouvelle poudre est fournie, un module de stockage de poudre vide peut être automatiquement remplacé par un nouveau sans interrompre le processus d'impression. Les pièces finies peuvent être déplacées à l'extérieur de la machine et immédiatement automatiquement remplacées par les tâches suivantes.

M Line Factory PCG (Unité de traitement)

Il s'agit d'une unité de traitement de données indépendante dotée d'une station de tamisage et de préparation de poudre intégrée. Le déballage, la préparation de la prochaine tâche d'impression et le tri s'effectuent dans un système fermé, sans intervention de l'opérateur.

# 5: ORLAS CREATOR - 3D-imprimante prête

Les créateurs d'ORLAS CREATOR positionnent cette imprimante 3D comme la plus abordable, facile à utiliser et prête à l'emploi, ne nécessitant aucune installation de composants supplémentaires et de programmes tiers, capable d'imprimer directement à partir d'un fichier CAD / CAM complet de leur propre conception.

Tous les composants nécessaires sont installés dans un boîtier relativement compact, qui nécessite un espace de 90x90x200 cm.Il ne prend pas beaucoup de place, bien qu'il semble impressionnant, et pèse 350 kg.

Comme le montre le tableau donné par le fabricant, la poudre métallique est frittée par un système laser rotatif, avec des couches de 20 à 100 microns d'épaisseur et une taille «pixel» de seulement 40 microns, dans une atmosphère d'azote ou d'argon. Vous pouvez le connecter à un réseau électrique domestique régulier si votre câblage peut supporter une charge de 10 ampères. Ce qui, cependant, ne dépasse pas les exigences d'une machine à laver moyenne.

Puissance laser - 250 watts. La zone de travail est un cylindre de 100 mm de diamètre et 110 de hauteur.

# 6: FormUp 350 - Méthode des pièces de machine en poudre (PMPM)

La méthode PMPM (Powder Machine Part Method) FormUp 350 a été créée par AddUp, un projet commun entre Fives et Michelin. Il s'agit de la dernière machine d'impression 3D en métal, introduite pour la première fois en novembre à Formnext2016.

Le principe de fonctionnement de cette imprimante 3D est le même que celui des collègues mentionnés ci-dessus, mais sa principale caractéristique est différente en ce qu'elle consiste en son inclusion dans PMPM.

L'imprimante est conçue spécifiquement pour un usage industriel, en mode 24/7, et est spécialement conçue pour ce rythme de travail. Le système PMPM comprend un contrôle qualité de tous les composants et matériaux, à toutes les étapes de leur production et de leur distribution, ce qui devrait garantir des indicateurs de performance constamment élevés, que Michelin possède une vaste expérience au fil des années.

# 7: XJET - NanoPartic Jetting - impression jet d'encre métallique

La technologie d'injection de nanoparticules implique l'utilisation de cartouches scellées spéciales avec une solution dans laquelle se trouve une suspension de nanoparticules métalliques.
Les nanoparticules sont déposées et forment le matériau du produit imprimé.

Compte tenu des caractéristiques technologiques revendiquées (l'utilisation de particules métalliques de taille nanométrique), il est facile de croire les créateurs de l'appareil lorsqu'ils revendiquent sa précision et sa résolution d'impression sans précédent.

# 8: VADER Mk1 - MagnetoJet - impression jet d'encre métal

La technologie MagnetoJet de Zack Vader est basée sur l’étude de l’hydrodynamique magnétique et, plus précisément, sur la capacité de contrôler le métal en fusion à l’aide de champs magnétiques. L'essence du développement est qu'une goutte de taille strictement contrôlée est formée à partir d'aluminium fondu, et ces gouttes sont imprimées.

La taille d'une telle gouttelette est de 200 à 500 microns, l'impression se produit à une vitesse de 1000 gouttes par seconde. La zone de travail de l'imprimante: 300 mm x 300 mm x 300 mm

Matériau de travail: Aluminium et ses alliages (4043, 6061, 7075). Et, bien qu'il ne s'agisse que d'aluminium, l'imprimante est 2 fois plus rapide que celle en poudre et jusqu'à 10 fois moins chère.

En 2018, la sortie de Mk2 est prévue, il sera équipé de 10 têtes d'impression, ce qui devrait donner une augmentation de la vitesse d'impression de 30 fois.

# 9: METAL X - ADAM - diffusion atomique

Markforged a présenté la nouvelle technologie d'impression métal 3D - ADAM et l'imprimante 3D utilisant cette technologie - Metal X.

ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) - technologie de diffusion atomique. L'impression est réalisée avec de la poudre de métal, où les particules métalliques sont recouvertes d'un liant synthétique, qui est retiré après l'impression, permettant au métal de fusionner en un seul ensemble.

Le principal avantage de la technologie est l'absence de la nécessité d'utiliser des températures ultra-élevées directement dans le processus d'impression, ce qui signifie qu'il n'y a pas de restrictions sur la réfractarité des matériaux utilisés pour l'impression. Théoriquement, l'imprimante peut créer des modèles 3D à partir d'aciers à outils lourds - maintenant, elle imprime déjà avec de l'acier inoxydable et dans le développement du titane, de l'Inconel et de l'acier D2 et A2.

La technologie vous permet de créer des pièces avec une structure interne complexe, comme dans les nids d'abeilles ou dans les tissus osseux poreux, ce qui est difficile avec d'autres technologies d'impression 3D, même pour DMLS.

Taille du produit: jusqu'à 250 mm x 220 mm x 200 mm. Hauteur de couche - 50 microns.

Ce look, il sera bientôt possible d'imprimer un couteau de haute qualité - à partir de zéro, en quelques heures, ce qui lui donnera le design le plus complexe.

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