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L'impression 3D métal pour le grand public (ou presque)

Desktop Metal Studio System – Zoom sur l’imprimante 3D métal

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by Josh Snider
Nov 21, 2018

Que ce soit en matière de prix, d’échelle ou d’accessibilité, Desktop Metal révolutionne le secteur de l’impression 3D. Étudions ensemble les caractéristiques de son Studio System, un système d’impression 3D métal optimisé pour les environnements professionnels.

Comment est né le Studio System de Desktop Metal ? L’entreprise elle-même voit le jour en 2015 à Boston, haut lieu de l’impression 3D, sous l’impulsion de professionnels expérimentés issus de MIT et SolidWorks. La start-up choisit de se spécialiser dans l’impression 3D métal, avec une offre performante et optimisée pour les environnements de bureau. Au cours des deux années qui suivent, elle recueille la somme impressionnante de 97 millions de dollars auprès de poids lourds de l’économie, tels que General Electric et Saudi Aramco. En 2017, après deux ans d’attente fébrile, Desktop Metal annonce le lancement de ses deux premières machines de fabrication additive : la Studio System et la Production System.

Commercialisée dans un premier temps à hauteur de 120 000 $ (soit environ 105 000 €) la Studio System de Desktop Metal, plus petite que la Production System, donne accès au procédé de fabrication additive pour une fraction de la taille et du prix des imprimantes 3D métal industrielles classiques, qui peuvent atteindre les 450 000 €, voire nettement dépasser le million. Cette technologie révolutionnaire a permis à Desktop Metal d’obtenir 180 millions de dollars supplémentaires en fonds de capital-risque, un solide témoignage de confiance de la part des premiers utilisateurs comme BMW, Ford et Google.

Pourtant, le succès spéculatif de la start-up s’est accompagné d’une sérieuse concurrence. Markforged, également basé à Boston, a en effet annoncé la même année une imprimante 3D métal tout aussi innovante, ce qui a conduit Desktop Metal à intenter une action en justice pour atteinte à la propriété intellectuelle. Dans ce que l’on pourrait appeler un retournement de situation exceptionnel, particulièrement pour le secteur de l’impression 3D, véritable champ de bataille en matière de propriété intellectuelle, les deux parties ont récemment convenu d’un accord à l’amiable, rejetant tous les litiges et toutes les revendications de propriété intellectuelle ou d’utilisation abusive de secrets commerciaux.

Desktop Metal est maintenant valorisée à plus d’un milliard de dollars, ce qui fait d’elle l’une des start-up ayant le plus rapidement atteint le statut de « licorne ». Ce succès a été ponctué par l’annonce, en 2018, de la sortie du Studio System+, une nouvelle itération vendue pour 160 000 $ (près de 140 500 €), et du Studio Fleet, un système évolutif qui permet d’ajouter des imprimantes supplémentaires afin d’augmenter la capacité de production.

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Desktop Metal Studio System

Desktop Metal Studio System – Points clés Technologie et procédés

Image of Desktop Metal Studio System – Points clés: Technologie et procédés

Le Studio System se compose de trois machines et exploite une technologie brevetée par Desktop Metal appelée BMD (Bound Metal Deposition). S’apparentant à la fabrication par dépôt de fil fondu (FFF), couramment utilisée et commune à la plupart des imprimantes 3D utilisant du plastique, la technologie BMD emploie des filaments de poudre métallique mêlée à un liant polymère, puis les extrude couche par couche. Cette méthode se distingue des procédés plus connus de frittage par laser direct (DMLS), qui utilisent des lasers pour fritter le métal sur un lit de poudre libre. La technologie BMD extrude les pièces métalliques et les structures de support à l’aide d’une buse chauffante, sans besoin de poudre. Afin d’empêcher les supports de se coller aux pièces métalliques, un second extrudeur est employé pour déposer une fine couche de céramique entre les différents éléments. En éliminant le recours au laser énergivore et à la poudre chronophage, Desktop Metal et son Studio System offrent une méthode plus rapide et plus accessible pour créer des pièces métalliques en interne.

Une fois la pièce imprimée, elle doit encore passer par deux stations de post-traitement. La première est un poste de déliantage, dont le rôle est d’immerger la pièce dans une solution chimique qui permet de dissoudre et d’éliminer 30 à 70 % du liant polymère. Bien qu’une certaine partie du liant soit conservée pour aider la pièce à garder sa forme, ce procédé crée des surfaces semi-poreuses qui permettent à la portion restante d’être brûlée lors de la seconde étape. La pièce est ensuite transférée dans un four, où elle est chauffée à des températures proches de la fusion. La chaleur libère le liant restant, désintègre la céramique des supports et fusionne les particules métalliques pour créer une pièce dense, à la forme quasi définitive.

L’un des avantages majeurs de la technologie BMD, par rapport aux méthodes sur lit de poudre, comme l’impression DMLS, est la possibilité de créer des modèles entièrement fermés. Avec les systèmes faisant appel à la poudre métallique, toute géométrie vide doit être conçue en intégrant des trous de drainage afin que la poudre utilisée pour créer des supports puisse s’échapper durant la phase de post-traitement. Grâce à la technologie BMD, les parties vides ne contiennent aucune poudre, et le liant polymère est éliminé des pièces fermées sans besoin de trou d’évacuation. Le Studio System ouvre donc la voie à une large gamme d’applications pour les pièces closes, en particulier pour les structures de support interne en treillis, qui permettent la création de pièces solides et légères à la fois.

Les trois machines du Studio System de Desktop Metal peuvent être placées les unes à côté des autres dans un bureau sans aucun problème. Mais soyons honnêtes, elles sont suffisamment grosses pour que vous n’ayez aucune envie de les déplacer de si tôt. L’imprimante (94,8 x 82,3 x 52,9 cm) et le poste de déliantage (102 x 74 x 57 cm) sont d’une taille assez similaire, et pèsent respectivement 97 kg et 150 kg. Le four, par contre, est plus haut et plus large (161,8 x 138 x 75,4 cm). Frôlant la tonne (798 kg), il fait figure de monstre. Malgré la taille et le poids combiné de ses trois éléments, le Studio System de Desktop Metal fait figure d’exploit révolutionnaire dans le monde de l’impression 3D métal, où la plupart des machines ressemblent aux ordinateurs des années 80, assez larges pour remplir un sous-sol et exigeant des systèmes d’alimentation et de ventilation spécifiques.

Le Studio System+ de Desktop Metal est commercialisé au prix de 160 000 $, (environ 140 500 €). Il vous faudra débourser 60 000 $ (près de 53 000 €) pour l’imprimante 3D seule. Le Studio Fleet a quant à lui été développé pour augmenter considérablement la capacité de production en ajoutant des imprimantes et des postes de déliantage supplémentaires. Le système comportant 3 imprimantes, 1 poste de déliantage, et 1 four promet une augmentation de 300 % de la cadence de production, et le modèle à 5 imprimantes, 2 postes de déliantage et 1 four affiche une augmentation de 500 %. Cette flexibilité d’échelle permet de produire en petite et moyenne séries sans avoir à investir dans un système de fabrication additive qui fasse doublon ou dans un outillage d’usine très onéreux.

Pour un aperçu sur le secteur de l’impression 3D métal, consultez notre guide de l’impression 3D métal 2018 : Imprimante 3D métal: Guide 2018 de l'impression 3D métal

Desktop Metal Studio System – Points clés Logiciel et matériaux

Image of Desktop Metal Studio System – Points clés: Logiciel et matériaux

Le Studio System+ fonctionne avec le logiciel Fabricate, développé par Desktop Metal. Il prépare des modèles CAO classiques, avec des structures de support auto-générées, puis établit des paramètres spécifiques pour les étapes de déliantage et de frittage. Fabricate utilise des réglages de parcours d’outils et de post-traitement adaptés à chaque matériau, pour toujours plus de flexibilité, tout en éliminant les incertitudes liées à l’utilisation de différents métaux. Chacune des machines du Studio System de Desktop Metal dispose d’un écran tactile et d’une connexion WiFi/Ethernet, ce qui facilite le suivi et la gestion de toutes les étapes du processus, de la CAO à la pièce finie.

En ce qui concerne les matériaux, Desktop Metal prend pour l’instant en charge 6 métaux, mais, tenez-vous bien, 30 autres matériaux sont en cours de développement. La gamme actuelle comprend des aciers couramment utilisés dans le secteur de l’automobile ou de l’aérospatial, du cuivre et un superalliage résistant aux hautes températures et à la corrosion. La technologie BMD du Studio System empruntant beaucoup aux poudres métalliques utilisées dans la titanesque industrie du moulage par injection, il est probable que nous voyions arriver ces prochaines années de nombreux nouveaux alliages parmi l’offre de Desktop Metal.

Les imprimantes 3D métal étaient déjà en développement en 1985, et l’industrie s’est longtemps interrogée sur la capacité de cette technologie à faire évoluer les méthodes de moulage par injection et de CNC. Ces premières imprimantes industrielles étaient déjà très prometteuses, mais leur complexité et leur prix par pièce représentaient un véritable frein à l’achat. Restait alors pour le secteur à prendre son mal en patience, dans l’attente de nouvelles avancées qui permettraient à l’impression 3D métal de s’imposer dans les ateliers. Le Studio System de Desktop Metal constitue l’une de ces avancées, même si beaucoup d’améliorations sont encore possibles. Le processus prend en effet beaucoup de temps, et les appareils nécessitent une maintenance et des consommables onéreux, mais les récentes réductions apportées par Desktop Metal en matière de coûts, de dimensions et de complexité représentent déjà une première étape impressionnante.

Desktop Metal Studio System – Points clés Caractéristiques du Studio System+ de Desktop Metal

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Voici les caractéristiques techniques actuellement disponibles pour le Studio System de Desktop Metal :

  • Procédé d’impression : Bound Metal Deposition (BMD)
  • Volume d’impression : 289 x 189 x 195 mm
  • Dimensions de l’imprimante 3D : 948 x 823 x 529 mm
  • Chambre d’impression : Chauffée jusqu’à 50 °C
  • Plateau chauffant : Chauffé jusqu’à 70 °C, plaque d’impression scellée sous vide, nivellement automatique
  • Système d’impression : Double extrusion – 1 buse métal et 1 buse céramique pour les supports
  • Poids max. de la pièce : 6,5 kg
  • Résolution : 50 microns, 100-220 microns
  • Connexion : Ethernet ou WiFi
  • Poids : 97 kg
  • Alimentation requise : 100-120 V, 50/60 Hz, 15 A, courant monophasé
  • Matériaux pris en charge : 17-4 PH, AISI 4140, H13, 316 L, cuivre, Inconel 625
  • Matériaux en développement : acier allié 4605, aluminium (2024, 6061), carbure (WC-3C), bronze, alliages lourds (tungstène, métal dur Veloxint), CarTech (Invar 36, Kovar, BioDur 108, Hiperico 50) alliage cobalt-chrome F75, Hastelloy X, MP35N (Ni Co Cr Mo), acier inoxydable (15-5 PH, 303, 316L, 410, 420, 430, 440, HK30Nb, Nitronic 9), acier à haute résistance (acier maraging 18Ni300, inoxydable Veloxint), titane (Ti64, pur), acier d’outillage (A-2, D-2, M2, S7), Catamold BASF
  • Supports : métal
  • Couche de protection : céramique
  • Préparation de l’impression : logiciel Fabricate
  • Format de fichiers : STL, IGES, JT, STEP, VDA-FS, U3D, VRML et natifs (SolidWorks, ProE, etc)

Desktop Metal Studio System – Points clés Où acheter cette imprimante 3D ?

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