La fabrication additive et technologies d’impression 3D industrielle avec les gaz Air Liquide
Les procédés de fabrication additive ou système d’impression 3D industrielle permettent la conception de nouvelles pièces à géométries complexes, ou avec des fonctionnalités nouvelles dans des secteurs aussi variés que l’industrie aéronautique, l’énergie, la fabrication d’outillage ou de prototypes. Toutes ont un point commun: la construction d’un objet par ajout de matière, grâce au dépôt successif d’une fine couche de matériau.
Dans la plupart des procédés de fabrication additive, tout au long de la chaîne de valeur, les gaz assurent des fonctions primordiales pour garantir la qualité finale des pièces, et réduire leur temps de production :
- sécurité du procédé (protection contre le risque d’inflammation des poudres),
- protection contre l’oxydation et l’humidité des matériaux
Retrouvez toutes nos solutions pour la fabrication additive
Air Liquide vous propose des gaz et des mélanges gazeux qui répondent aux exigences de qualité de toutes les techniques liées à la fabrication additive.
Les solutions Air Liquide pour les procédés de Fabrication Additive
Air Liquide vous accompagne dans le développement de la production de pièces par fabrication additive et vous propose les meilleures solutions gaz en fonction de votre type de procédé de production.
La fabrication des poudres métalliques
Les poudres métalliques utilisées souvent dans la méthode de fabrication additive sont majoritairement produites par un système dit d’atomisation gazeuse. La stabilité des paramètres de production tels que la pression et la température de l’Argon ou de l’Azote, est cruciale pour assurer la qualité des poudres produites de façon à optimiser la granulométrie des poudres pour le marché de la fabrication additive.
La qualité des pièces dépend de la qualité des poudres. Une conservation correcte et un recyclage maîtrisé contribue à limiter leur oxydation.
La fabrication de pièces avec les différentes technologies d’impression 3D
Les différentes familles de procédé sont classées selon les normes ISO et ASTM:
- L’extrusion de matière (Material Extrusion): procédé par extrusion de fil (Fused Deposition Modeling / FDM). Au-delà des applications pour imprimer en 3D destinées au grand public, aussi utilisée en fabrication industrielle.
- Projection de liant (Binder Jetting): matériaux allant de la céramique, polymères et plastiques, à certains métaux sous forme de poudre.
- Projection de matières (Material Jetting): de fines particules sont déposées puis solidifiées (ex: photopolymers).
- Dépôt de matière sous énergie concentrée (Directed Energy Deposition / DED): le matériau d'impression est directement fondu par une source d’énergie utilisant un laser ou un arc électrique. L’Argon et des mélanges Ar-CO2 sont employés ici.
- La fusion sur lit de poudre (powder bed fusion / PBF) pour les métaux, plastiques ou polymers permet déjà aujourd’hui de réaliser de nombreuses pièces industrielles en production de série. La source d’énergie du procédé de fusion sur lit de poudre est souvent un Laser (Selective Laser Melting / SLM, Selective Laser Sintering / SLS, Direct Metal Laser Sintering / DMLS…). L’argon ou l’azote sont utilisés en gaz de protection. Le faisceau d’électron (Electron Beam Melting EBM) est parfois rencontré pour les pièces métalliques. Dans ce cas, l’hélium est utilisé avec une faible contre pression Helium pour éviter les projections.
- Stratification de couches (Sheet Lamination / SL) : technique pour imprimer par superposition de couches successives de feuilles liées ou collées ensemble par liant.
- Photopolymérisation en cuve (Vat Photopolymerization) comme la stéréolithographie (SLA) qui vient solidifier sélectivement un photopolymère liquide.
La fabrication additive et les opérations de parachèvement
Après la phase de construction, les pièces font l’objet d’opérations de parachèvement:
- Le refroidissement sous atmosphère neutre, azote ou argon.
- La suppression des supports, fabriqué avec la pièce
- Le nettoyage, possiblement avec le procédé de nettoyage avec du dioxyde de carbone sous forme supercritique.
- Le traitement de détensionnement pour évacuer les contraintes résiduelles
- Des traitements thermiques sous atmosphère contrôlé complémentaires éventuels pour conférer aux pièces les caractéristiques mécaniques
- Traitement de surface pour atteindre l’état de surface visé (rugosité par exemple) ou usinage, ou cryo usinage (sans huile) si besoin
La fabrication additive est en constant développement, l'actualité est riche d'innovations. Ces dernières années, la substitution des méthodes de fabrication traditionnelle par les technologies de fabrication additive présentent indéniablement des avantages (design optimisé, pièces plus légères, prototypage rapide, simplification de la chaîne logistique, optimisation du coût global de la pièce ...). Pour tirer pleinement profit de ce potentiel, il convient de considérer ce mode de fabrication dès l’étape de conception de la pièce.
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