Metal X : 10 questions pour percer les secrets de l’imprimante 3D métal de Markforged

imprimante 3D Metal X

Il y a 5 ans déjà, le fabricant américain Markforged dévoilait une certaine Mark One, la première imprimante 3D capable d’extruder des filaments renforcés directement avec des fibres de carbone. Compatible avec un large choix de fibres composites, sa technologie brevetée à dépôt de filament permet d’imprimer des pièces au design complexe, à la fois légères et solides.

Alors que bon nombre d’entreprises ont déjà adopté ses systèmes axés sur les matériaux haute résistance, la start-up montante s’est lancée sur le créneau très disputé de l’impression 3D métal. Pour vous faire découvrir sa Metal X, une imprimante 3D économiquement très intéressante par apport aux systèmes à frittage laser et machines CNC, PRIMANTE 3D a interrogé Guillaume Coudreuse, chef de Projet Webmarketing chez Neofab.

« la solution métal est extrêmement accessible en terme de tarif en comparaison des autres acteurs du marché »

Guillaume bonjour, l’imprimante 3D Metal X est le premier système du genre développé par Markforged, quelle est la genèse de cette machine et ses ambitions ?

Bonjour Alexandre ! Markforged s’est démarqué dans le domaine de l’impression 3D grâce à l’impression composite. Cette technologie, brevetée par leurs soins, permet d’imprimer des pièces avec des résistances mécaniques uniques (grâce au renfort en fibre de carbone, fibre de verre ou Kevlar). Avec cette expertise dans l’impression 3D industrielle, il était donc attendu que le fabricant américain se lance dans l’étape d’après pour accompagner les industriels dans leur besoin en prototypage : l’impression métal avec la Metal X.

En complément de l’impression composite, la solution métal est extrêmement accessible en terme de tarif en comparaison des autres acteurs du marché.

Four de frittage Sinter-1

Four de frittage Sinter-1

La Metal X se distingue par un procédé proche du MIM très différent des systèmes classiques à fusion laser sur lit de poudre. Explique-nous son fonctionnement et ses avantages.

Quand on parle de la Metal X, on parle vraiment de solution complète. En effet la solution est composée de 3 éléments différents : l’imprimante (la Metal X), la machine de déliantage (Wash) et le four de frittage (Sinter).

La Metal X vient déposer couche par couche du filament composé de poudre de métal et de liant (cire + polymère). Le résultat de cette impression est appelé « pièce verte ». Les deux autres éléments de la solution ont pour objectif de retirer le liant et fusionner les particules de métal entre elles.

« Avec la Metal X, nous n’avons pas ces contraintes de temps et d’argent »

Système de déliantage Wash-1

Système de déliantage Wash-1

La machine de déliantage plonge les « pièces vertes » dans un solvant spécial. La pièce doit perdre 4,2% de sa masse pour passer à l’étape suivante. Pour cela, Eiger, le logiciel d’impression développé par Markforged calcule tout pour l’opérateur. En fonction de votre pièce, il calcul automatiquement la durée pendant laquelle la pièce doit être plongée dans la machine de déliantage. Vous n’avez qu’à peser la pièce avant et après phase de déliantage pour vous assurer de la perte de 4,2%.

La mission de l’Opteon (le solvant) est de retirer la cire présente dans le liant. Une fois la pièce déliantée, on l’appelle « pièce marron ».

La dernière étape consiste à cuire la pièce dans le four de frittage. Pour cela on met les pièces dans le four qui chauffe jusqu’à 1 300°C. Le four suit une courbe de chauffe très précise afin de développer les caractéristiques mécaniques de la pièce. Pendant la cuisson, les particules de métal fusionnent entre elles. C’est à cette étape qu’on obtient un retrait de 20% de la taille de la pièce qui avait été compensé en amont lors de l’impression.

En ce qui concerne les avantages de la solution, ils sont multiples :

– Utiliser une imprimante 3D pour concevoir les pièces permet des géométries plus complexes que les procédés traditionnels

– La rapidité d’exécution pour aller du concept à la pièce finie

– La simplicité : la solution ne nécessite pas de zone ATEX contrairement à d’autres solutions plus imposantes. La zone ATEX nécessite des aménagements spécifiques mais aussi des contrôles très réguliers. Avec la Metal X, nous n’avons pas ces contraintes de temps et d’argent.

– Le budget est 5 à 10 fois plus abordable que les autres solutions du marché

extrusion avec la Metal X

Que peux-tu nous dire sur les spécifications et les capacités de la Metal X  ?

La Metal X possède un volume d’impression de 300 x 220 x 180 mm avec une précision de 50 microns. Pour les autres spécifications un peu plus techniques, je vous conseille de télécharger notre brochure sur Metal X : l’imprimante 3D métal.

Le budget global de la solution 180 000 € (le prix varie en fonction des services choisis avec la solution).

« Début 2019, Markforged a ajouté l’acier à outils H13 en matériau imprimable »

Masse d'équilibrage en acier inoxydable 17-4 PH

Masse d’équilibrage en acier inoxydable 17-4 PH

Côté matériau, quelles sont les métaux disponibles avec ce système et les applications visées ?

Au niveau matériaux, lors de sa sortie la Metal X était capable d’imprimer l’acier inoxydable 17-4 PH. Début 2019, Markforged a ajouté l’acier à outils H13 en matériau imprimable. Et Markforged ne compte pas s’arrêter à deux matériaux puisqu’ils sont en train de travailler sur le développement de nouveaux matériaux comme :

– l’acier inoxydable 316L (résistant à la corrosion et une excellente soudabilité)

– Différentes variations de l’acier à outils (A2 et D2)

– Le titane (Ti-6AI-4V) idéal pour des impressions légères avec de fortes résistances mécaniques (domaine de l’aéronautique principalement)

– L’Inconel 625 pour développer des pièces combinant des résistances mécaniques et une résistance à la chaleur.

– Et enfin le Cuivre.

Markforged a un plan de développement assez précis et ils savent où ils vont. Ils ont prouvé plusieurs fois qu’ils développaient leurs produits en combinant rapidité et efficacité. Leur nouvelle levée de fonds de 82 million de dollars va les aider à accélérer le développement des matériaux imprimables avec la Metal X.

pièce verte

Pièce verte (non frittée) montrant les supports et le raft, la couche de séparation et la partie réelle.

Quel est le prix des filaments et leur conditionnement, je pense également au matériau de support ?

Pour une bobine d’acier inoxydable d’un kilo, le prix est aux alentours de 120€. La bobine de céramique (qui sert de matériau liant pour le support) est à 100€. Les bobines sont très bien conditionnées dans des cartons spécialement conçus pour absorber les chocs. Sous forme de bobine l’acier inoxydable est fragile, Markforged soigne donc le conditionnement du filament.

« le logiciel va automatiquement augmenter de 20% la taille de la pièce »

La Metal X repose sur un procédé qui nécessite une anticipation du taux de retrait de la pièce au moment du frittage. De combien est-il et comment s’effectue la mise à l’échelle pour le compenser ?

Comme évoqué plus haut, le retrait est de 20%. C’est-à-dire qu’entre la pièce imprimée par la Metal X et la pièce finale cuite par le Sinter, la pièce perd 20% de sa taille. Ce phénomène est du à la phase de frittage qui fusionne les particules de métal entre elles.

Pour simplifier le traitement de ce phénomène, c’est encore une fois Eiger qui gère l’ensemble. Pour cela, lorsque vous importez votre fichier STL dans Eiger, le logiciel va automatiquement augmenter de 20% la taille de la pièce afin d’annuler le retrait de 20% lors de l’étape finale de la solution.

Une fois imprimée, la pièce devra être transférée dans deux stations de post-traitement. Décris-nous ces étapes en précisant la durée minimum de traitement ainsi que la densité métallique moyenne obtenue.

Une fois la pièce imprimée, elle est plongée dans la machine de déliantage pendant au minimum 5 heures. Les temps varient en fonction de la géométrie de la pièce. Pour réduire le temps de déliantage je conseille de consulter le guide de conception de la Metal X disponible en français sur Neofab.fr.

« Un cycle de cuisson est de 26h pour l’acier inoxydable »

étapes de fabrication propres au système Metal X

Dans ce guide nous donnons des conseils pour concevoir des pièces en pensant à l’ensemble du processus d’impression des pièces (impression, déliantage et frittage). En suivant ce guide on peut baisser de manière significative les temps de déliantage par exemple.

Pour le four de frittage, le temps ne varie pas. Un cycle de cuisson est de 26h pour l’acier inoxydable. Pour l’acier à outils, c’est un peu différent car il est possible (et recommandé) de rajouter un cycle de cuisson pour développer l’ensemble des caractéristiques du matériau.

Quelles sont les dimensions des stations Wash-1 et le Sinter-1 ? Peux-tu nous donner un ordre de prix ?

En ce qui concerne les dimensions :

– Wash-1 : 609 x 685 x 1 067 mm

– Sinter-1 : 1 067 x 483 x 406 mm

Un four de frittage (Sinter-2) avec un volume de cuisson plus gros va être disponible dans les prochaines semaines. Ses dimensions seront : 1 200 x 700 x 1 500 mm

Pour le Sinter-1 et le Wash-1, chaque élément est à 15 000 €. Le Sinter-2 lui est à 49 900€.

« le coût d’impression est à 28 € et le délai de fabrication est de 3 jours »

Matrice d’extrusion sur Eiger

Pour bien comprendre les avantages de cette technologie par apport à l’usinage et/ou au SLM, aurais-tu un exemple de pièce imprimée avec la Metal X ?

Bien sûr ! Nous avons déjà imprimé plusieurs pièces avec notre installation au Mans :

Cette pièce (ci-dessus et dessous), par exemple, est une matrice d’extrusion. Nous avons comparé l’impression 3D avec l’usinage traditionnel pour cette pièce, le coût d’impression est à 28 € et le délai de fabrication est de 3 jours (processus complet).

Lorsque l’on externalise en sous traitance avec l’usinage, nous avons reçu un devis de 3 480€ pour cette pièce ainsi qu’un délai de réception de pièce de 11 jours.

Il faut bien entendu prendre en compte le prix d’acquisition de la solution dans ce calcul mais pour cela il faut avoir plus d’informations comme le nombre de pièces imprimées, le temps d’occupation de la machine, … Ce sont des études complètes que nous faisons pour nos clients pour estimer le ROI de l’investissement.

matrice d'extrusion imprimée en métal

Matrice d’extrusion imprimée sur la Metal X

Pour finir à qui s’adresse la Metal X et quelles sont les compétences requises ?

La Metal X s’adresse à l’ensemble des industriels souhaitant gagner en agilité et rapidité sur l’avancement des projets. Avec la Metal X il est possible de faire des prototypages et des pièces finies et fonctionnelles. Une solution comme celle-ci n’est pas faite pour de la production en grande série mais il est possible d’imprimer en petite et moyenne série tout en restant hautement compétitif.

Aucune compétence spéciale n’est requise, Neofab imprimantes 3D industrielles s’occupe de vous former à l’utilisation de l’ensemble des éléments composant la solution, à l’optimisation des pièces, à l’utilisation du logiciel Eiger mais aussi à réagir en cas de problèmes mineurs (buse bouchée par exemple). Le but est que nos clients soient le plus autonome possible afin d’avoir la liberté d’imprimer les pièces et applications de leur choix.

Nous avons un planning de formation établi sur 5 jours pour former nos clients aux éléments évoqués ci-dessus. Notre programme de formation prévoit également une journée 2 mois après l’installation pour faire un bilan et proposer des pistes pour optimiser l’utilisation de la Metal X.

Depuis décembre 2018, nos formations sont agréées par l’Etat. C’est une très bonne nouvelle pour nos clients car nos formations sont maintenant remboursables par les organismes de formation liées aux entreprises.

témoignage Black et Decker