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Guide de l’imprimante 3D métal : tout sur l’impression 3D métal

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by Anatol Locker
Mar 29, 2018

Pour tout connaître des imprimantes 3D métal, lisez notre guide et découvrez toutes les facettes de l'impression 3D métal : impression à la maison et industrielle, nouvelles technologies, utilisations, imprimantes, procédés, prix et bien plus encore.

Ces dernières années, l’impression 3D métal est devenue très populaire. À juste titre : chaque matériau offre une combinaison unique basée sur ses propriétés esthétiques et pratiques afin de s’adapter à toute une variété de produits, que ce soit des prototypes, des objets miniatures, des bijoux, des pièces détachées ou encore du petit électroménager.

Pourquoi un tel engouement pour l’impression 3D métal ? Parce que les pièces imprimées avec les impressions 3D pourront être produites en série pour le grand public. En réalité, certaines pièces issues de l’impression 3D sont déjà d’aussi bonne qualité, sinon meilleure, que celles réalisées via des méthodes traditionnelles.

La fabrication traditionnelle des pièces en métal et en plastique peut parfois être génératrice de gaspillage. De gros morceaux et une grande quantité de matériaux supplémentaires sont utilisés. Lorsque des constructeurs aéronautiques fabriquent des pièces métalliques, jusqu’à 90 % du matériau est retiré. La création de pièces grâce à l’impression 3D métal est moins énergivore et crée moins de déchets. Et pour cause : le produit 3D fini peut être jusqu’à 60 % plus léger qu’une pièce produite avec les procédés traditionnels. L’industrie aéronautique à elle seule économise plusieurs milliards de dollars grâce au poids moindre des pièces imprimées, qui principalement réduit leurs besoins en kérosène.

Donc, que faut-il savoir sur l’impression 3D métal ? Suivez le guide !

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Guide de l'imprimante 3D métal Dernières innovations dans l'impression 3D métal

Avant de nous lancer dans les bases de l’impression 3D métal, allons jeter un coup d’œil aux dernières innovations dans ce domaine en plein boom. Au cours des deux dernières années, un certain nombre de nouveaux acteurs ont émergé, transformant le paysage des imprimantes 3D métal.

Bien que l’impression 3D métal ne soit pas tout à fait accessible pour les particuliers, la technologie ne cesse cependant de se perfectionner et se démocratiser. Désormais, ce qui n’était autrefois réservé qu’aux machines de taille industrielle est désormais accessible pour les petites et moyennes entreprises. Voici les dernières entreprises qui révolutionnent l’impression 3D métal traditionnelle :

Desktop Metal

Desktop Metal, une start-up d’impression 3D basée dans le Massachusetts, est un véritable est très certainement l’entreprise qui change le plus la donne dans le monde de l’impression 3D métal. L’année dernière, la société a dévoilé deux imprimantes 3D métal : la Studio System et la Production System. Ce tandem révolutionnaire rend la fabrication additive métallique beaucoup plus abordable et est capable de produire les pièces plus rapidement.

La Studio System est une imprimante 3D métal de la taille d’une machine de bureau qui utilise le procédé d’extrusion breveté Bound Metal Deposition (BMD). Similaire à l’impression 3D FDM, cette imprimante 3D utilise des poudres métalliques MIM qui sont liées par un mélange de polymères. Une fois l’impression 3D terminée, les objets sont placés dans le four de Desktop Metal à une température allant jusqu’à 1 400 degrés Celsius, faisant fondre le polymère et vous laissant une pièce métallique. La système Studio, achetée avec le four et le logiciel disponible sur le Cloud, coûte environ 120 000 $.

Pour en savoir plus : Interview with Desktop Metal: The Metal 3D Printing Hype is Real (And Made of Steel)

D’un autre côté, la Production System de taille industrielle utilise un processus appelé «Single Pass Jetting» (jet unique). L’imprimante 3D fonctionne en déposant de la poudre métallique, suivie d’un agent pour lier les éléments entre eux. La machine est équipée de plus de 32 000 jets capables de pulvériser des millions de gouttelettes à la seconde ! La Production System utilise également le four pour le traitement post-impression et coûte environ 360 000 $ (sans le four).

Bien que ces deux imprimantes 3D métal soient sûrement trop chères pour le consommateur lambda, le coût s’avère n’être qu’une fraction de celui des systèmes d’impression 3D métal traditionnels (qui peuvent facilement vous coûter plus de 800 000 $). Il est clair que les grandes entreprises croient en la mission de Desktop Metal qui dès ses débuts est parvenue à obtenir des financements conséquents en provenance de BMW, Google, Lowe et beaucoup d’autres encore.

Digital Metal

De manière plus modeste, la société d’impression 3D, Digital Metal, filiale du producteur suédois de poudre de métal Höganäs, a récemment révélé le premier système au monde de projection de liant à haute précision pour l’impression 3D de petits objets métalliques.

Pour en savoir plus : Interview With Digital Metal: One Giant Leap For Small Metal 3D Printed Parts

L’imprimante 3D métal, baptisée DM P2500, produit des composants métalliques exceptionnellement petits et complexes. La machine de Digital Metal offre un volume d’impression de 2500 cm3 et imprime également avec des couches de 42 μm à 100 cm3/h. Cette imprimante 3D métal offre une résolution incroyable de 35 μm et élimine le besoin de structures de support.

Le fabriquant d’imprimantes 3D metal suédois lance actuellement son produit sur le marché. Il travaille en outre avec Honeywell Aerospace, l’institut et pôle d’innovation technologique français CETIM (Centre Technique des Industries Mécaniques) et un leader reconnu dans le monde du design et de la mode qui préfère rester dans l’ombre.

MarkForged

Markforged est une autre entreprise d’impression 3D désireuse de rendre cette technologie autrefois inaccessible abordable à plus grande échelle. La Markforged Metal X est une imprimante 3D métal qui offre une solution de fabrication de A à Z. La société affirme que son imprimante 3D métal est jusqu’à dix fois moins chère que les autres systèmes d’impression 3D métal !

Le Metal X offre un volume d’impression de 250 x 220 x 200 mm pour une épaisseur de couche de 50 microns. Semblable au Studio System de Desktop Metal, cette imprimante 3D métal fonctionne en imprimant de la poudre de métal liée dans une matrice en plastique. Sur le site Web de l’entreprise, Markforged présente les différents types de pièces métalliques pouvant être imprimées en 3D, ainsi que les économies que les entreprises peuvent réaliser en utilisant ce système. Pour en savoir plus sur la Metal X, cliquez ici.

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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : à la maison

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If you really want to make metallic looking prints at home you can turn to metal-charged PLA filaments

Que faut-il faire pour réaliser des impressions 3D métal chez vous ? À cause des températures très élevées nécessaires à l’impression 3D métal, il n’est pas possible d’utiliser une imprimante 3D FDM classique.

En d’autres termes, il ne sera pas possible d’imprimer en 3D du métal pur chez soi avant encore une bonne décennie. Et vous n’aurez probablement pas d’imprimante 3D spécialement dédiée à l’impression métal dans votre salon avant 2020. Mais d’ici quelques années, étant donné l’évolution rapide des nanotechnologies, on peut s’attendre une augmentation considérable des utilisations de l’impression 3D métal. Comme par exemple l’argent imprimable conducteur 3D, qui peut être utilisé avec une imprimante à jet d’encre, grâce à un système similaire à celui utilisé par l’imprimante 2D que vous avez chez vous. Il sera même possible de mélanger différents matériaux, comme par exemple le plastique ou le métal, dans un seul objet.

Voici les matériaux pour l’impression 3D métal à la maison.

Même s’il n’est pas possible d’imprimer en 3D des objets en métal depuis chez vous, vous pouvez cependant avoir recours à des filaments plastiques contenant des poudres métalliques. ColorFabb, ProtoPasta ou TreeD Filaments proposent des filaments composites métal / PLA intéressants. Ces filaments contiennent un pourcentage significatif de poudres métalliques, mais également une proportion suffisante de plastique pour que n’importe quelle imprimante 3D puisse les utiliser à basse température (200 à 300 °C). Ils comportent cependant assez de métal pour ressembler à un objet métallique, même dans le toucher. Son poids sera aussi semblable à un objet fait de métal. Les filaments contenant de l’acier peuvent même rouiller même sous certaines conditions.

Mais vous pouvez aller encore plus loin. Généralement, les filaments pour l’impression 3D métal renferment 50 % de poudre métallique. L’entreprise hollandaise Formfutura, spécialisée dans les filaments pour impression 3D, affirme avoir modifié les ratios pour atteindre 85 % de poudre métallique et 15 % de PLA. Ces filaments pour l’impression 3D métal se nomment MetalFil Ancient Bronze et Metalfil Classic Copper. Vous pouvez même les utiliser pour imprimer avec des températures « modérées » (190 et 200 °C).

A spool of metal 3D printing filament - here Formfutura’s "Ancient Bronze" (image: Formfutura)
Une bobine de filaments pour impression 3D métal, ici « Ancient Bronze » de Formfutura (image : Formfutura)

Points-clés de l’impression 3D métal pour usage domestique :

  • Finition et apparence métallique uniques
  • Idéal pour les bijoux, statues, quincaillerie ou répliques d’objets
  • Grande durabilité
  • Non flexible, selon le design structurel
  • Non soluble
  • Considéré comme non adapté à un usage alimentaire
  • Température d’impression généralement comprise entre 195 et 220 °C
  • Rétrécit très peu lors du refroidissement
  • Plateau chauffant non requis
  • La difficulté d’impression est élevée, requiert un réglage précis de la température de la buse et du débit d’écoulement et des retouches seront nécessaires.

Comment vous préparer pour l’impression 3D métal ?

Comme les impressions 3D métal sont généralement plus difficiles à réaliser, il est sans doute judicieux de moderniser l’extrudeur de votre imprimante 3D, surtout si vous vous servez d’une imprimante 3D pour débutants. Les filaments métalliques pour l’impression 3D ont tendance à l’abîmer rapidement. Il existe des extrudeurs résistants (par exemple le V6 Hotend, créé par E3D), eux-mêmes en métal, capables de résister à de hautes températures et que vous pouvez installer sur la plupart des imprimantes 3D.

Attendez-vous à devoir changer les buses de l’imprimante 3D plus souvent : les filaments pour impression 3D métal peuvent être très abrasifs.

Par ailleurs, gardez à l’esprit qu’il faudra probablement ajouter une phase de retouches (brossage, ponçage, lubrification, cirage ou vernissage) de votre modèle 3D en métal pour qu’il « brille » vraiment.

Quel est le prix des filaments pour impression 3D métal ?

Donc, quel est le prix des filaments pour impression 3D métal ? Voici quelques exemples :

Vous pouvez trouver ici une sélection de filaments pour impression 3D métal pour impression 3D métal pour usage domestique.

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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : niveau industriel

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Many manufaturers are envisioning the idea of fully automated 3D printing metal factories

Mais que faire pour obtenir de meilleurs résultats ou même imprimer en 3D des pièces en métal véritable ? Devriez-vous acheter une imprimante 3D métal pour votre entreprise ? Nous vous déconseillons cette option, sauf si vous voulez imprimer en 3D des pièces en métal tous les jours. Une imprimante dédiée à l’impression 3D métal est onéreuse : il faudra par exemple investir entre 100 000$ et 500 000$  (soit  90 000 à 445 000€) pour acquérir une imprimante 3D métal chez EOS ou Stratasys. En outre, des coûts supplémentaires viendront s’ajouter si vous avez besoin de quelqu’un pour l’utilisation et la maintenance de cette dernière, mais aussi pour finaliser l’objet imprimé (par exemple, pour la phase de polissage).

En résumé, il n’existe pas d’imprimante 3D métal à prix abordable.

Comment baisser les prix d’impression 3D métal ?

À moins que vous ne souhaitiez ouvrir votre propre entreprise d’impression 3D métal et que vous nécessitiez des pièces imprimées en métal de qualité professionnelle, il serait plus judicieux de recourir à un service d’impression 3D métal adapté à vos besoins. Shapeways, Sculpteo ou encore iMaterialise proposent des services d’impression 3D de pièces en métal.

À l’heure actuelle, leurs impressions 3D sont disponibles dans les matériaux suivants :

  • aluminium
  • acier
  • laiton
  • cuivre
  • bronze
  • argent massif
  • or
  • platine
  • titane
  • Si vous êtes orfèvre, vous pouvez également commander des modèles en cire pour mouler des métaux spécifiques.

En parlant de cire, la plupart de leurs impressions 3D métal (dont l’or et l’argent) peut être réalisée via le processus de moulage à la cire perdue. Tout n’est pas directement imprimé dans leurs usines. Ces entreprises ont généralement recours à des sous-traitants spécialisés dans l’impression 3D métal pour réaliser la commande. Cependant, le nombre de « services d’impression 3D métal » augmente rapidement, et ce dans le monde entier. En outre, les imprimeurs 3D s’équipent de plus en plus d’imprimantes 3D métal.

Pourquoi les grandes entreprises aiment-elles tant ces nouvelles machines ? Parce qu’elles peuvent être utilisées pour créer des usines complètement automatisées capables de produire des pièces « optimisées topologiquement ». Cela signifie qu’il est maintenant possible de distribuer le consommable dans une pièce de sorte qu’elle soit plus épaisse uniquement dans les endroits où elle doit subir plus de tension. Cette avancée majeure permet de réduire de manière drastique son poids tout en conservant son intégrité structurelle. Néanmoins, ce n’est pas la seule technologie disponible. D’autres sont véritablement meilleur marché et accessibles à tous les utilisateurs.

Sachez que l’impression 3D métal nécessite une conception CAO spécifique. Shapeways propose d’intéressants conseils spécifiques l’impression 3D métal (en anglais). Pour des informations supplémentaires, jetez un œil à l’article de Statasys concernant les imprimantes 3D métal et les nuances de l’impression 3D métal.

Exemples de prix d’impression 3D métal du modèle test de Benchy :

  • Plastique métallique : 22,44$ (environ 20€).  Anciennement « Alumide », mélange PLA / aluminium
  • Acier inoxydable : 83,75$ (environ 75€). Plaqué, poli
  • Bronze : 299,91$ (environ 267€). Massif, poli
  • Argent : 713,47$ (environ 635€). Massif, poli miroir
  • Or : 87,75$ (environ 78€). Or plaqué, poli
  • Or : 12 540$ (environ 11 160€). Or massif, 18 carats
  • Platine : 27 314$ (environ 24 300€). Massif, poli

Sans surprise, les prix pour des impressions 3D réalisées avec des métaux massifs peuvent être plutôt élevés.

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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : ingénieurs et designers 3D

Qu’est-ce que les ingénieurs et les designers 3D ont besoin de savoir sur l’impression 3D métal ?

Les technologies d‘impression 3D métal

Tout d’abord, il existe 3 techniques d’impression 3D métal à votre disposition.

  1. Impression 3D métal DED (Directed Energy Deposition, soit dépôt d’énergie dirigée). Cette technique envoie un flux de poudre métallique très concentrée à travers la tête d’impression de l’extrudeur. La poudre est ensuite fondue par un laser puis solidifiée. Cette technologie est conseillée lorsque vous imprimez de grosses pièces sans petits détails. L’impression 3D métal DED est également très utile pour réparer des pièces cassées. Il est aussi possible d’utiliser un câble à la place de la poudre mais les résultats sont moins précis.
  2. Projection de liant ou « binder jetting ». Avec cette technique, une résine liante liquide est mélangée à un matériau contenant de la poudre métallique. Cette méthode est rapide, relativement bon marché et peut également être utilisée pour imprimer de grandes structures. Par contre, à cause de ce procédé, vos pièces n’auront jamais la même robustesse et la même densité que de pièces forgées. Vous pouvez les traiter après l’impression pour les renforcer mais cela vous prendra du temps.
  3. Fusion sur lit de poudre. C’est actuellement la technique la plus utilisée pour l’impression 3D métal. Un laser fond le matériau déposé sur un lit de poudre, créant l’objet couche par couche. Le processus est lent et le design de l’objet doit être très précis et bien conçu. Cependant les résultats sont là : les objets sont robustes et résistent dans le temps.

Pour plus d’informations sur les technologies d’impression 3D métal, rendez-vous ici.

Que devez-vous considérer avant de vous lancer dans l’impression 3D métal ?

Il y a quelques idées reçues sur l’impression 3D métal. Clarifions certains points.

  • Chaque matériau pour l’impression 3D métal a des propriétés différentes qu’il faut prendre en compte lors de la conception du modèle à imprimer. Vous pouvez obtenir ces informations en vous adressant au fabricant ou en contactant un service d’impression 3D.
  • La plupart des modèles 3D ne peuvent pas être imprimés en métal sans faire quelques changements au préalable. Vous ne pouvez donc pas juste prendre un modèle que vous avez imprimé en plastique et l’imprimer en métal directement.
  • La plupart des objets conçus pour l’usinage CNC ne sont pas compatibles avec l’impression 3D métal. Les objets CNC sont généralement de grande taille et les imprimer en 3D sera très cher.
  • Les objets métalliques imprimés en 3D n’ont pas les mêmes propriétés que les objets coulés en métal pur.

Maintenant que ces points sont éclaircis, penchons-nous sur les avantages et les inconvénients de l’impression 3D métal.

Avantages de l’impression 3D métal :

  • fiable, produit des résultats de qualité constant permet d’obtenir des objets plus légers, ce qui la rend très populaire dans le secteur aérospatial
  • les objets ainsi obtenus peuvent être robustes
  • réduit les rebus de matériaux au minimum
  • permet d’obtenir des structures uniques et complexes, impossibles à réaliser en les forgeant.

Inconvénients de l’impression 3D métal :

  • C’est difficile de trouver les bons paramètres pour l’impression 3D métal lorsque l’on conçoit la pièce
  • non adaptée à la production de masse
  • prend du temps à produire
  • ne peut pas créer de très grosses pièces.
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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : les services d'impression 3D en ligne

Il y a plus de 100 entreprises dans le monde entier mettant à votre disposition leurs services d’impression 3D métal. Voici la liste des services d’impression 3D métal en ligne pour le grand public les plus populaires.

Si vous souhaitez des information plus approfondies, n’hésitez pas à consulter la présentation de All3DP des  meilleurs services d’impression 3D : Les 34 meilleurs services d'impression 3D en ligne 2018

Vous pouvez accéder aux services d’impression 3D en ligne les plus populaires Shapeways, i.materialise et Sculpteo en utilisant les services d’impression 3D en ligne de ALL3DP. Grâce à notre outil, vous pourrez comparer les prix proposés par ces 3 sites d’impression 3D en temps réel.

Printing Button

Service d’impression 3D métal en ligne n°1 : Shapeways

shapeways best 3d printing service

Shapeways, le service d’impression 3D en ligne le plus populaire au monde, propose deux services. En tant que consommateur, vous pouvez choisir votre modèle parmi un large choix d’objets conçus par des designers professionnels, le customiser, puis sélectionner les réglages de l’impression. À l’instar d’autres services d’impression 3D, Shapeways offre également une vitrine aux designers afin qu’ils puissent vendre et imprimer leur travail. Shapeways est également pratique pour réaliser un prototype rapide. Les clients profiteront alors de la qualité des imprimantes industrielles (EOS, 3D Systems) et du support technique consciencieux.

Métaux imprimés en 3D : aluminium, laiton, bronze, or, platine, métaux précieux plaqués, argent, acier.

À noter : vous pouvez accéder à Shapeways en utilisant les services d’impression 3D de ALL3DP.  Vous pourrez comparer en temps réel leurs prix avec ceux de i.materialise et Scuplteo.

Service d’impression 3D métal en ligne n°2 : Sculpteo

sculpteo best 3d printing service

Tout comme Shapeways et i.materialise, Sculpteo est un service d’impression 3D en ligne permettant à tous les utilisateurs d’uploader leurs modèles 3D et de les faire réaliser dans une grande variété de matériaux. De même que ses concurrents, Sculpteo permet également à des particuliers et des professionnels de créer leur propre vitrine en ligne et de vendre leurs modèles au grand public. L’équipement de Sculpteo inclut des machines 3D Systems, EOS, Stratasys et ZCorp haut de gamme. Sa documentation technique complète vous aidera à détecter les erreurs de conception éventuelles et vous guidera dans le choix du consommable le plus adapté à votre projet.

Métaux imprimés en 3D : alumide (plastique mélangé à des particules d’aluminium), laiton, argent.

À noter : vous pouvez accéder à Sculpteo en utilisant les services d’impression 3D de ALL3DP. Vous pourrez comparer en temps réel leurs prix avec ceux de i.materialise et Shapeways.

Service d’impression 3D métal en ligne n°3 : i.materialise

imaterialise 3d printing service

Materialise est une entreprise travaillant avec des industriels pour produire des prototypes et des pièces imprimées 3D. Mais elle offre également pour le grand public et les designers indépendants des services d’impression 3D en ligne, appelés i.materialise. Tout comme Shapeways, ce service d’impression 3D en ligne rend possible à tous les utilisateurs d’uploader leurs modèles 3D et de les faire imprimer. Une fois que l’objet a été uploadé et imprimé avec succès, le designer peut le mettre en vente, soit dans la galerie de la boutique en ligne d’i.materialise, soit en l’intégrant au site internet.

Métaux imprimés en 3D : alumide (plastique mélangé à de la poudre d’aluminium), laiton, bronze, cuivre, or, argent, acier, titane.

À noter : vous pouvez accéder à i.materialise en utilisant les services d’impression 3D de ALL3DP. Vous pourrez comparer en temps réel leurs prix avec ceux Shapeways et Sculpteo.

Service d’impression 3D métal en ligne n°4 : 3D Hubs

3D Hubs Best 3D Printing Service

Par le biais de 3D Hubs, vous pouvez recherchez les indépendants et les entreprises proposant des services d’impression 3D dans votre région, mettre en ligne votre fichier STL et recevoir instantanément un devis. Vous pouvez ensuite contacter directement l’entité dont l’offre vous convient le mieux et recevoir votre commande réalisée. Le service d’impression 3D en ligne permet également de filtrer par matériau, par avis d’utilisateurs, par distance géographique, etc. Peu importe le type d’objet que vous voulez imprimer, il y aura probablement quelqu’un près de chez vous qui pourra l’imprimer pour vous. Un très grand nombre de matériaux peut être imprimé en qualité industrielle. Ces derniers sont notés « HD » dans le champs de recherche.

Métaux imprimés en 3D : aluminium, bronze, cobalt-chrome, acier inoxydable, titane.

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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : les utilisations

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Parts of GE's LEAP jet engine are 3D printed at the Avio Aero additive factory (image: GE)

Plusieurs secteurs industriels utilisent déjà l’impression 3D métal pour les produits de la vie quotidienne. Vous pourriez même ne pas savoir qu’ils sont fabriqués ainsi.

  • Les usages les plus communs sont les implants médicaux et dentaires, d’ores et déjà considérés comme la meilleure option disponible pour les patients. À juste titre : ils s’adaptent parfaitement aux besoins de chacun.
  • La bijouterie est le deuxième secteur à utiliser intensément l’impression 3D métal. La plupart des fabricants passent de l’impression 3D de résine et du moulage à la cire perdue à l’impression 3D métal directe.
  • Par ailleurs, l’industrie aérospatiale devient de plus en plus dépendante des objets métalliques imprimés. Ge-AvioAero, en Italie, a été la première usine de fabrication additive au monde. Elle réalise des composants pour le turboréacteur GEAP.
  • Le prochain secteur d’activité à utiliser l’impression 3D sera le secteur automobile. BMW, Audi ou encore FCA considèrent déjà cette option très sérieusement, non seulement pour la création de prototypes (déjà réalisés par impression 3D depuis des années), mais aussi pour la fabrication de pièces de mécanique.

Mais avant que l’impression 3D ne prenne véritablement son envol, il faudra résoudre certains problèmes. Le premier obstacle reste les coûts élevés, qui ne peuvent être aisément réduits. L’autre point négatif concerne la lenteur de production, problématique pour les objets métalliques.

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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : les technologies 

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Most metal 3D printing processes begin from an "atomised" powder

Il y a beaucoup à dire sur les imprimantes 3D métal. Cependant, on retrouve les mêmes problèmes que pour n’importe quelle imprimante 3D : limites des logiciels et du matériel, optimisation des matériaux et utilisation de plusieurs matières premières. Nous n’allons pas nous attarder sur les logiciels, nous dirons simplement que la plupart des gros éditeurs comme Autodesk, SolidWorks et solidThinking offrent des produits qui permettent d’exploiter autant que possible le fait que les procédés d’impression 3D métal peuvent produire n’importe quelle forme imaginable.

En règle générale, les pièces réalisées avec une imprimante 3D métal sont aussi solides que les composants en métal issus de la fabrication traditionnelle. Les pièces imprimées avec le procédé DMLS possèdent des propriétés mécaniques équivalentes à celles des pièces moulées. De plus, la porosité d’un objet imprimé 3D avec un métal de qualité peut atteindre une densité de 99,5 %. Le fabricant Startasys déclare créer des pièces en métal imprimées en 3D présentant des résultats aux tests de densité supérieurs au standards industriels. Le métal imprimé 3D est disponible en plusieurs résolutions. Pour la résolution la plus fine, l’épaisseur d’une couche varie entre 20 et 30,5 microns et la résolution X/Y entre 30,5 et 40,5 microns. Le diamètre minimum d’un trou varie entre 0,9 et 1,1 mm.

Nous allons plutôt commencer par nous pencher sur les différentes technologies d’impression 3D métal disponibles.

Procédé d’impression 3D métal n°1 : fusion sur lit de poudre

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L’impression 3D par fusion sur lit de poudre est le procédé le plus utilisé par les grosses entreprises. Durant l’impression, une source d’énergie (un laser ou autre rayon énergétique) fond une poudre « atomisée » (c’est-à-dire qu’elle est séparée en minuscules particules parfaitement rondes) afin de créer les différentes couches des objets imprimés.

Dans le monde, il existe 8 fabricants d’imprimantes 3D métal majeurs qui utilisent cette technologie pour leurs machines, toujours rejoints par plus de concurrents. La plupart d’entre eux sont basés en Allemagne. Les technologies de fusion sur lit de poudre sont appelées SLM (Selective Laser Melting) ou DMLS (frittage laser direct de métal).

Procédé d’impression n 3D métal n°2 : projection de liant ou « binder jetting »

ExOne's 3DP technology 3D prints metal parts by binding the powder together before firing it up in a kiln (image: ExOne)
La technologie d’impression 3D métal utilisée par ExOne consiste à lier la poudre avant de la chauffer dans un four. (image : ExOne)

Une autre approche professionnelle, utilisant également un lit de poudre est le procédé de projection de liant, ou « binder jetting ». Avec ces techniques, les couches sont créées en collant les particules métalliques les unes aux autres puis en les agglomérant par frittage dans un four à haute température, comme si vous cuisiez de la céramique.

L’autre possibilité, elle aussi similaire à la fabrication d’objets en céramique, est de mélanger de la poudre de métal à une pâte métallique. Il faut ensuite utiliser une imprimante 3D avec un système d’extrusion pneumatique (à la manière d’une bio-imprimante à seringue ou d’une imprimante 3D alimentaire). Une fois que vous avez imprimé la forme désirée, les objets sont là encore cuits dans un four.

Cette approche est utilisée par l’imprimante Mini Metal Maker, très probablement la seule imprimante 3D métal vraiment abordable actuellement sur le marché.

Procédé d’impression 3D métal n°3 : dépôt de métal

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Vous pourriez être tenté de penser que le seul procédé d’impression 3D « manquant » à l’impression de métal est le dépôt de filament fondu, mais ce n’est pas tout à fait vrai. Bien sûr, vous ne pouvez pas véritablement fondre des filaments de métal sur votre bureau et en faire quelque chose. Par contre, les très gros industriels du secteur métallurgique, eux, le peuvent. Et le font ! Il existe deux façons de faire pour « déposer » du métal.

La première s’appelle le dépôt de matière sous flux d’énergie dirigé (Directed Energy Deposition, ou Laser Cladding). Un rayon laser agglomère la poudre métallique peu à peu libérée. Elle est ensuite déposée en couches par un bras industriel robotique pour former l’objet. Cette technique est généralement pratiquée dans une chambre hermétique. Cependant, MX3D travaille actuellement à l’impression 3D d’un pont en taille réelle en utilisant ce système.

La deuxième méthode est la fusion par faisceau d’électrons (Electron Beam Additive Manufacturing, EBAM). Il s’agit en fait d’un processus de soudure, durant lequel un rayon d’électrons très puissant est utilisé pour fusionner un fil de titane de 3 mm d’épaisseur et le métal fondu afin de former de très grandes structures métalliques. Néanmoins, à moins que vous ne travailliez pour département de la défense américain, vous ne les utiliserez jamais.

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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : les métaux

Métal pour impression 3D n°1 : le titane

Le titane pur (Ti64 ou TiAl4V) est l’un des métaux les plus souvent utilisés pour l’impression 3D métal et c’est certainement l’un des plus versatiles car il peut être à la fois solide et léger. On s’en sert pour des procédés de fusions sur lit de poudre ou de Binder Jetting, principalement dans le secteur médical (pour créer des prothèses sur-mesure) et dans l’aérospatial, l’industrie automobile et les machines-outils (pour fabriquer des prototypes ou des pièces). Le seul problème ? Il est extrêmement réactif, ce qui signifie qu’il peut facilement exploser sous forme de poudre. C’est pour cette raison que l’impression 3D se déroule sous vide ou bien sous une atmosphère chargée à l’argon.

Métal pour impression 3D n°2 : l’acier inoxydable

Steel XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX (image: atlanticstainless.com)

L’acier inoxydable est l’un des métaux meilleur marché pour l’impression 3D métal. En plus d’être très solide, il peut être aussi utilisé dans toutes sortes d’industries, même dans le design et l’art. Ce type d’alliage, qui contient aussi du cobalt et du nickel est particulièrement difficile à casser, tout en conservant une très grande élasticité. Il est presque exclusivement utilisé à des fins industrielles.

Métal pour impression 3D n°3 : l’Inconel

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L’Inconel est un super-alliage produit par Special Metals Corporation, qui en a déposé le nom. Il est composé en grande majorité de nickel et de chrome et résiste à de hautes températures. C’est pour cette raison qu’il est surtout utilisé dans les industries pétrolières, chimiques et aérospatiales (pour les boîtes noires des avions).

Métal pour impression 3D n°4 : l’aluminium

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En raison de sa légereté et de sa versatilité, l’aluminium est un métal très prisé pour l’impression 3D. On l’utilise essentiellement dans différents alliages.

Métal pour impression 3D n°5 : le cobalt-chrome

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Cet alliage a une solidité très élevée spécifique (qui correspond à sa solidité divisée par sa densité, ce qui en résumé indique la force requise pour le briser par unité de surface). Il est le plus souvent utilisé pour fabriquer des turbines et des implants dentaires et orthopédiques : en bref, dans tous les domaines dans lesquels l’impression 3D métal devient la méthode de fabrication favorite.

Métal d’impression 3D n°5 : le cuivre et le bronze

800px-NatCopper

À quelques exceptions près, le cuivre et le bronze utilisent les procédés de cire perdue et dans une moindre mesure les procédés de fusion sur lit de poudre. Cela tient du fait qu’ils ne sont pas idéaux pour des applications industrielles et sont le plus souvent utilisés dans l’art et les métiers manuels. ColorFabb propose ces deux métaux en les incluant à ses filaments métalliques.

Métal pour impression 3D n°6 : le fer

Platinum-nugget

Le fer (même parfois magnétique) est spécialement utilisé dans l’impression 3D comme un additif aux filaments PLA, à l’instar de ceux produits par ProtoPasta et TreeD.

Métal pour impression métal n°7 : l’or, l’argent et les autres métaux précieux

Gold-crystals

La plupart des entreprises se servant des procédés de fusion sur lit de poudre peuvent imprimer des métaux précieux tels que l’or, l’argent et le platine. Le défi ici, en plus de conserver les propriétés esthétiques des métaux, consiste à s’assurer que la gestion de la poudre précieuse est optimisée. Les métaux précieux sont imprimés en 3D dans le domaine de la bijouterie, dans le médical et dans l’électronique.

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Guide de l'imprimante 3D métal Impression 3D métal : les imprimantes 3D métal

Qu’on se le dise, une imprimante 3D métal va trouer votre budget. Cela vous coûtera au minimum entre 100 000 et 250 000 $ (soit environ 88 000 à 220 200 €). Voici une sélection d’imprimantes 3D. Certaines sont disponibles auprès de services d’impression 3D.

Imprimante 3D métal n°1 : Sciaky EBAM 300 – Impression 3D par filaments de métal

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Si vous souhaitez imprimer en 3D de très larges structures métalliques, nous vous conseillons d’opter pour la technologie des machines EBAM, de Sckiaky. Les imprimantes sont construites sur-mesure pour pouvoir imprimer n’importe quelle taille demandée. Elles sont principalement utilisées aux USA, dans les domaines de la défense et de l’aérospatial.

La plus grosse imprimante 3D métal créée par Sciaky est le modèle EBAM 300. Son enveloppe de travaille mesure 5,791 m de large  sur 1,219 m de haut et sa profondeur est de 1,219 m.

L’entreprise assure que l’EBAM 300 est également l’imprimante 3D industrielle la plus rapide sur le marché. Cette imprimante 3D métal peut réaliser une structure d’avion de  3 m en titane, avec une vitesse d’environ 6,8 kilos par heure. Une pièce qui avait besoin de 6 à 12 mois pour être forgée peut désormais être réalisée en 2 jours grâce à une imprimante 3D métal.

Sciaky utilise un rayon à électron très puissant, capable de faire fondre un filament en titane de 3  mm de diamètre. La vitesse d’impression varie entre 3 à 9 kilos par heure.

Imprimante 3D métal n°2 : Fabrisonic UAM – Impression 3D métal à l’ultrason

fabrisonic 7200

Une autre manière d’imprimer en 3D de grandes pièces en métal consiste à utiliser le procédé de Fabrisonic : l’Ultrasound Additive Manufacturing Technology (UAM, fabrication additive à l’ultrason). Les machines de production de Fabrisonic sont des machines à commande numérique par calculateur (CNC) à trois axes, possédant une tête de soudage supplémentaire pour la fabrication additive.

Les couches de métal sont tout d’abord coupées puis soudées ensemble par ultrason. La plus grosse imprimante 3D métal de Fabrisonic, le modèle 7200, possède une enveloppe de travail mesurant 2 x 2 x 1,5 m.

Imprimante 3D métal n°3 : Concept Laser XLine 1000 – Impression 3D métal par poudre

Xline 2000R

La plus grosse imprimante 3D métal utilisant de la poudre de métal actuellement sur le marché est la machine XLine 1000, de Concept Laser. Son enveloppe de travail mesure 6,30 x 4 x 5 m, soit la taille d’une maison de plain pied.

L’entreprise allemande, un des plus importants fournisseurs d’imprimantes 3D pour les fabricants dans l’aérospatial, comme par exemple Airbus, a récemment introduit une nouvelle imprimante 3D métal, la Xline 2000.

Ce modèle possède deux lasers et une enveloppe de travail encore plus grande, mesurant 8 x 4 x 5 m. Il utilise la technologie Laser CUSING de Concept Laser (un type de fonte sélective au laser) et peut imprimer des objets 3D avec des alliages de fer, d’aluminium, de nickel, de titane, de métaux précieux et même de matériaux purs (titane et aciers haut-de-gamme).

License: The text of "Guide de l’imprimante 3D métal : tout sur l’impression 3D métal" by All3DP is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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