(crédits photo : Infinite Flex)
Les très bonnes propriétés de conductivité électrique et thermique du cuivre, mais aussi sa très bonne résistance à la corrosion ainsi que sa ductilité, sont les qualités qui jusqu’à très récemment étaient difficilement exploitables en impression 3D. C’est particulièrement vrai pour les procédés à fusion laser sur lit de poudre. L’explication vient du fait que ce métal réfléchit si bien la lumière, qu’il renvoie par la même occasion une grande partie de l’énergie nécessaire à sa fusion.
C’est pourquoi les fabricants tels que Digital Metal, Markforged et Spee3d, qui exploitent des technologies à liage de poudre, dépôt de fil et énergie cinétique, peuvent traiter des cuivres purs avec leurs systèmes. D’autres comme Optomec et Ge Additive (Arcam), y parviennent en utilisant un faisceau d’électrons au lieu d’un laser rouge à photons. De cette manière le cuivre peut absorber 80 % de l’énergie du faisceau d’électrons alors qu’il n’absorbe que 2 % de l’énergie d’un faisceau laser rouge.
Face à la demande du marché et le grand potentiel d’applications de ce matériau, (plomberie, échangeurs de chaleurs…), des fabricants de systèmes PBF (Powder Bed Fusion) se sont employés à résoudre cette problématique. La parade adoptée par certains, on pense notamment à 3D Systems, consiste à utiliser le cuivre sous la forme d’alliage pour atténuer sa réflectivité.
Plus récemment c’est un producteur de matériaux intelligents basé en Allemagne du nom de Infinite Flex, qui est parvenu à mettre au point une poudre de cuivre pur (à 99,5%) pour l’impression 3D SLM. Appelée INFINITE POWDER Cu 01, celle-ci aurait déjà été testée avec succès sur deux systèmes PBF différents et couramment utilisés : l’EOS M290 et la Trumpf TruPrint 1000.
« divers alliages de cuivre tels que CuCrZr ou CuNiSiCr ont été utilisés avec des résultats médiocres »
Echantillons imprimés avec l’INFINITE POWDER Cu 01 (crédits photo : Infinite Flex)
Sur la méthode employée l’entreprise se veut très discrète, évoquant brièvement un « post-traitement de la poudre de cuivre » pour lequel elle a déposé un brevet. Un processus spécialement développé pour la fabrication additive, qui serait compatible avec tous les systèmes courants à faisceau laser rouge de type SLM (Selective Laser Melting), mais aussi LMD (Laser Metal Deposition).
« Jusqu’à présent, divers alliages de cuivre tels que CuCrZr ou CuNiSiCr ont été utilisés avec des résultats médiocres. Ces alliages de cuivre présentent des propriétés de conductivité nettement inférieures à celles du cuivre pur. Par exemple, le CuCrZr atteint au mieux une conductivité électrique de 70% de celle du cuivre pur et la conductivité du CuNiSiCr est encore pire (24 MS/m ou environ 40% de la valeur du cuivre pur. » explique Infinite Flex.
Comparée à ces alliages, la conductivité électrique et thermique de l’INFINITE POWDER Cu 01 atteint les 52 MS/m (91 % IACS) et 360 W / (m * K). Des propriétés exceptionnelles qui ouvrent la voie à toutes sortes d’objets en cuivre très complexes, capables de transférer plus efficacement la chaleur par exemple, ou retranscrire des signaux électriques. On pense à des applications telles que les échangeurs de chaleur, les bobines d’induction, des composants de l’industrie électronique, ou encore dans le domaine de la santé avec des accessoires anti-bactériens comme des robinets ou des poignées de porte. L’INFINITE POWDER Cu 01 est d’ores et déjà disponible au prix de 85 € / kilo.
Bobine d’induction imprimée en 3D avec le cuivre pur Infinite Powder Cu 01 (crédits photo : Infinite Flex)
