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Les métaux de l'impression 3D

Les technologies de la fabrication additive permettant d’imprimer en métal sont novatrices. Elles apportent une solution économique et efficace au milieu industriel. Une pièce métallique demandait auparavant un outillage spécifique, un usinage laborieux ou encore une main d’œuvre importante. Dorénavant, il suffit que celle-ci soit modélisée en 3D puis quelques heures plus tard la pièce est disponible à l’utilisation. De plus, contrairement à la fabrication soustractive (usinage traditionnel, fraisage) il est possible de réaliser tout type de géométrie de pièce.

L’impression directe en métal s’effectue à partir d’une poudre métallique fusionnée par laser dans un environnement industriel. Quelques machines sont pressurisées du fait de l’explosivité des matériaux utilisés et l’alimentation n’est pas à usage domestique.

Les métaux les plus utilisés dans l’impression 3D sont le titane, et l’acier inoxydable mais il existe de nombreux autres métaux aux caractéristiques différentes offrant des solutions diverses.

L’aluminium : 

Ce consommable est à la fois léger et solide ce qui rend son utilisation idéale dans les domaines ou la notion de poids est primordiale tels que l’automobile, l’aéronautique ou encore l’aérospatial. De plus, l’aluminium permet d’obtenir des pièces fines, précises aux géométries complexes.

Il s’agit d’un métal qui se trouve très peu à l’état pur car il est possible d’obtenir d’autres caractéristiques mécaniques lorsqu’il est combiné avec différents alliages (Magnésium, Silicium). L’aluminium n’est pas résistant de manière durable aux hautes températures.

Si la flexibilité et la résistance sont des facteurs  importants dans l’utilisation de la pièce alors il sera préférable de la concevoir en Alumide, un matériau réalisé à partir de polymère et d’aluminium.

Acier :

L’acier fut le premier métal utilisé dans la fabrication additive. Il s’agit en réalité d’un alliage constitué de fer et de carbone. Cette teneur en carbone détermine certaines caractéristiques physiques telles que la malléabilité, la soudabilité ou encore la température de fusion.

Il existe de nombreux dérivés de ce matériau mais le principal utilisé dans l’impression 3D reste l’acier inoxydable ou inox. Il se compose de 10,5 de chrome et 1,2% de carbone au maximum. On le retrouve dans le domaine aérospatialautomobile ou médical du fait de ses excellentes propriétés mécanique, de la qualité de surface de celui-ci (brillante) ainsi que sa fameuse résistance accrue à la corrosion et l’oxydation. Il existe évidemment des aciers spécialisés dans l’outillage de par leur dureté et résistance comme le maraging steel de chez EOS.

De plus, il est possible de créer des pièces en métaux précieux à partir d’acier. La poudre d’inox est tout d’abord déposée puis un liant permet d’y ajouter par exemple des particules d’or ou de bronze.

Titane :

Ce matériau biocompatible est considéré comme étant le plus complet de tous les métaux de l’impression 3D, justifiant ainsi son coût élevé. Il est l’un des plus résistants du monde. Ses caractéristiques principales sont sa solidité, sa légèreté, sa dureté ainsi que sa résistance à la corrosion. Il a la particularité de refroidir rapidement. Ce métal est largement utilisé dans les domaines du médical, de l’automobile et l’aérospatial grâce au peu d’impureté de sa surface généré lors de l’impression (en particulier l’alliage Ti6AI4V, plus robuste que le Titane pur). De plus, la complexité des pièces n’est plus un frein à la réalisation de structures en métal. En effet, les pièces sont fabriquées couche par couche, on ne part plus d’un bloc de matière à usiner. Ainsi tout type de géométrie est réalisable.

La fabrication additive simplifie énormément la conception de pièces en Titane, elles peuvent être réalisées en une seule fois permettant ainsi d’éviter les étapes traditionnelles de soudure.

Nickel : 

Nous retrouvons principalement ce matériau sous sa forme d'alliage de chrome et de nickel également appelé INCONEL par la Special Metal Corporation. Ses caractéristiques principales sont sa grande ductilité, son excellente résistance à la corrosion et oxydation de manière durable ainsi que sa tenue sous des températures trés élevées (plus de 900°C). Par ailleurs, l'Inconel présente une trés bonne résistance à la traction et à la flexion, certaines variantes peuvent être non magnétiques. Pour toutes ces capacités, le Nickel est largement présent dans le domaine des sports mécaniques tels que la Formule 1, en prticulier pour la réalisation de moteurs ou de lignes d'échappement.

Cobalt chrome :

L’alliage Cobalt Chrome permet d’obtenir des pièces de qualité supérieure aux méthodes traditionnelles avec l’impression 3D. Il est reconnu pour sa résistante thermique importante, jusqu’à 600 °C, sa rigidité et sa résistance à l’usure. De ce fait, il est principalement utilisé dans le domaine médical pour la réalisation de prothèses ou de couronnes dentaires mais également dans l’industrie l’aérospatial et la création de turbines.

Les pièces en Cobalt Chrome sont réalisées à partir de la technologie EBM et possèdent un état de surface très lisse. Certain constructeurs tels que EOS ou Arcam proposent des alliages spécialisés pour répondre aux normes CE, ASTM et ISO.

Matériaux précieux :

De nos jours, la fabrication additive ne permet pas encore de produire des pièces directement en matériaux précieux mais elle y contribue. En effet, il existe certaine techniques faisant appel à l’impression 3D. C’est le cas du procédé de fabrication par cire perdu où les moules sont réalisés par fabrication additive. Evidemment, l’utilisation du moulage est limitée, elle impose des formes et parois moins fines. Ce procédé est néanmoins très utile dans le domaine de la joaillerie car il permet de reproduire des bijoux très rapidement et à moindre coût mais demande un travail de finition post réalisation important.

Pour plus de détails rendez-vous sur : http://www.fabbaloo.com/blog/2016/6/15/the-lost-wax-casting-method-in-video

Certain fabricants tels que ColorFabb réalisent des filaments composites dont le but est d’imiter l’allure des métaux précieux. Par exemple, il existe des filaments à base de cuivre ou de bronze.