Impression 3D et métal : avantages et applications

27 septembre 2021 Par 0 Commentaire

De nombreuses avancées technologiques ont permis le développement de l’impression 3D métal. Quels sont les avantages de ce type de production pour le métal ? Quelles innovations propres à la fabrication additive profitent à cette famille de matériaux réputée complexe ?

Impression 3D métal : de quoi s’agit-il ?

Comme son nom l’indique, l’impression 3D métal consiste à imprimer des pièces métalliques grâce à des imprimantes 3D. Dans les secteurs qui ont recours à ce matériau complexe, la fabrication additive s’impose comme une réelle alternative aux processus de production traditionnels (comme la coulée sous vide ou l’usinage). Parmi les principaux avantages de l’impression 3D appliquée au métal : des coûts de production maîtrisés, un gain de temps à la conception et à la fabrication et plus de flexibilité.

Quels sont les métaux compatibles avec l’impression 3D ?

Plusieurs types de métaux sont compatibles avec les imprimantes 3D, les plus répandus étant :

  • L’acier, qui reste le métal le plus exploité en impression 3D. Ses belles finitions et ses caractéristiques mécaniques en font un matériau très apprécié dans l’industrie.
  • L’aluminium, notamment les alliages. Réputé léger et robuste, ce métal est surtout utilisé pour la création de pièces l’industrie automobile et aéronautique.
  • Des métaux plus techniques dans le secteur de la santé, comme le gallium, le titane et le cobalt-chrome.
  • Enfin, des métaux rares et précieux en bijouterie et joaillerie, en particulier l’or, l’argent et le bronze.

Impression 3D métal : quelles technologies exploitées ?

Aujourd’hui, plusieurs principes d’impression 3D s’appliquent au travail du métal :

  • La fusion sur lit de poudre a fait ses premiers pas dans les années 1970. Cette technologie fait appel à une source d’énergie qui vient fusionner avec une poudre de métal pour créer une pièce finie par superposition des couches. Après deux décennies de recherche, le procédé de fabrication additive DMLS (Direct Metal Laser Sintering) a été breveté dans les années 1990.
  • Le dépôt de métal sous énergie concentrée. Selon la CLAD (Construction Laser Additive Directe), une buse vient projeter de la poudre. Celle-ci se retrouve ensuite fusionnée par un faisceau laser. Il en résulte la formation d’un cordon de soudage. Grâce à cette technique, répandue chez de nombreux fabricants de solutions additives en France, il est possible d’imprimer directement sur une pièce finie – chose que ne permet pas la méthode de fusion sur lit de poudre.
  • Depuis une vingtaine d’années, des systèmes hybrides d’impressions 3D métalliques voient le jour. Associant l’impression 3D à l’usinage, la stratoconception est un procédé normalisé par le CIRTES. Dans ce cas, un fichier CAO ou STL est découpé en plusieurs strates de métal. Des renforts et des inserts de positionnement sont ajoutés dans chacune d’entre elles. La fabrication de chaque strate peut passer par différents procédés, de la découpe au fil à la découpe laser en passant par le micro-fraisage. Puis la pièce finie est finalement créée par assemblage des strates métalliques.
  • La projection à froid, ou cold spray en anglais, permet de projeter à froid (par hélium) des poudres métalliques sur un support, ensuite reliées entre elles. L’hélium étant un gaz coûteux, cette méthode de fabrication additive reste peu exploitée de nos jours.

Il ne s’agit là que des principales technologies d’impression 3D en métal. Année après année, de nouveaux procédés sont brevetés, comme le moulage par injection de poudre (Pollen AM) ou la manipulation de métal liquide par magnétisme (Vader Systems).

Impression 3D métal : quels sont les acteurs et secteurs clés ?

Comme souvent pour les innovations technologiques, les pionniers de l’impression 3D métal se trouvent outre-Atlantique. La société américaine 3D Systems propose une large gamme d’imprimantes 3D avec diverses applications industrielles. Outre-Rhin, le fabricant d’imprimantes 3D de pièces métalliques SLM Solutions est coté en bourse. Depuis 2015, les Etats-Unis tentent de disrupter le marché en baissant les prix tout en améliorant les techniques d’impression 3D métal. Avec ses nouvelles imprimantes 3D, Desktop Metal souhaite diviser par 10 les coûts de l’impression 3D métal. C’est également l’intention de Markforged, une autre entreprise américaine.

Si l’impression 3D métal est aujourd’hui principalement réservée à l’industrie médicale, aérospatiale, automobile et maritime, les entreprises d’autres secteurs sont de plus en plus nombreuses à se tourner vers cette technologie prometteuse.