Les poids lourds de l’impression 3D FFF de bureau se mettent à l’heure du métal. Après BCN3D, MakerBot, et Ultimaker, un autre champion du secteur a décidé d’élargir son offre au-delà des filaments plastique. Non des moindres, puisqu’il s’agit du fabricant polonais Zortrax qui a annoncé le lancement d’un pack pour le métal.
Un changement de braquet prévisible qui s’inscrit dans cette tendance de démocratisation de l’impression 3D métal. Longtemps chasse gardée des systèmes à fusion laser, ce segment a fini par s’ouvrir à d’autres alternatives plus faciles d’utilisation et abordables. La véritable révolution concerne l’arrivée de machines à dépôt de fil métallique inspirée du Mim (Moulage par Injection de Métal), et dont la firme américaine Desktop Metal a été l’un des précurseurs.
Dans la lignée de ses concurrents américain et espagnol, Zortrax propose un kit complet permettant de transformer son imprimante 3D FFF « Endureal » en une machine compatible avec des filaments chargés en métal. Dans cet optique, le fabricant polonais s’est lui aussi associé au chimiste allemand BASF Forward, l’une des rares références pour ce qui est des filaments métalliques. Ainsi Zortrax peut utiliser son filament en acier inoxydable chirurgical 316L et en acier inoxydable 17-4 . Des filaments spécialisés, composés d’un polymère liant et d’une poudre d’acier inoxydable.
L’Ultrafuse® 316L de BASF est un filament composé de 80% d’acier inoxydable 316L et de 20% de polymère. Il s’agit d’un acier inoxydable de qualité chirurgicale qui contient plus de 10% de chrome. Sa résistance à la traction pouvant aller jusqu’à 561 MPa, ainsi que sa limite d’élasticité de 251 MPa et son allongement à la rupture allant jusqu’à 53 %, en font un matériau idéal pour des pièces métalliques telles que des outils, des gabarits, des dispositifs médicaux, des pièces de rechange, ou encore des des prototypes fonctionnels. En outre, les pièces fabriquées avec le 316L sont isotropes et peuvent être soudées, polies ou usinées comme de l’acier standard.
Quant à l’Ultrafuse® 17-4 PH – un filament composé à 80 % d’acier trempé 17-4 et à 20 % de polymère – ses qualités de traction (jusqu’à 1004 MPa), d’élasticité (764 MPa), et d’allongement à la rupture pouvant aller jusqu’à 4 %, le destinent aux pièces nécessitant une dureté importante. Zortrax cite l’exemple de tuyaux, de vannes chimiques, d’équipements médicaux, de pièces automobiles, ou encore d’éléments d’outils et de fixations.
« nous nous sommes attachés à créer une solution, en veillant à ce que les modèles aient la bonne structure, ce qui leur permet d’être appliqués comme de l’acier ordinaire »
Le Zortrax Full Metal Package est particulièrement pertinent pour les pièces en acier trop chères ou impossibles à fabriquer avec des techniques de traitement de l’acier standard (crédits photos : Zortrax)
Zortrax explique avoir mis au point un kit dans lequel on retrouve tout le nécessaire pour imprimer du métal avec son imprimante 3D Endureal : une bobine de 1000 g de filament en poudre métallique BASF Ultrafuse® 316L, une bobine de 300 g BASF Ultrafuse® Support Layer, une colle Magigoo® Pro Métal 50ml permettant d’assurer une bonne adhérences des impressions et un retrait facile, un nouveau hotend, un bon de post-traitement pour 1000 g de pièces métalliques, et enfin du papier bulles pour sécuriser vos pièces imprimées en 3D pendant le transport.
« Lors de l’utilisation de filaments de poudre métallique pour l’impression 3D métal, les microfissures ou les points fragiles sur les modèles sont les problèmes courants auxquels les utilisateurs se heurtent. » Indique le fabricant polonais. « La raison en est généralement la structure interne inadéquate, qui empêche les éléments cibles de conserver toutes les propriétés souhaitées pour le métal. Conscients de cela, nous nous sommes attachés à créer une solution, en veillant à ce que les modèles aient la bonne structure, ce qui leur permet d’être appliqués comme de l’acier ordinaire. Nous avons réussi, car elle est obtenue sur Zortrax Endureal au cours même du processus d’impression. »
Malgré ses nombreux atouts, l’impression 3D métal par dépôt de fil métallique n’est pas non plus sans contraintes. Rappelons qu’au sortir de l’imprimante, la pièce obtenue que l’on appelle pièce “verte” (c’est-à-dire brute/voir photo ci-dessus) doit ensuite subir un post-traitement. Il s’agit plus exactement d’opérations de déliantage et de cuisson, qui ont pour objectif d’éliminer le liant et fusionner les particules métalliques. En temps normal, cette phase requiert un four spécial qui est un équipement assez coûteux et encombrant. Il va de soi que pour Zortrax, cela irait à l’encontre de sa démarche visant à faciliter l’accès à l’impression 3D métal. Il alourdirait considérablement la facture et les contraintes de ses utilisateurs. Pour cette raison, la marque polonaise propose un accès au “BASF Debinding and Sintering Order Management Portal,” la plateforme de BASF dédiée au déliantage et frittage des pièces métalliques imprimées en 3D. La densité finale des pièces après cuisson pourrait atteindre les 96 %.
Rappelons enfin qu’une fois post-traitées, les pièces imprimées selon cette technique subissent un rétrécissement. Dans le cas présent, pour les deux filaments Zortrax indique un taux de retrait de 20 % sur l’axe Z et d’environ 16 % sur les axes X et Y. Par conséquent ce phénomène doit être pris en compte lors de la phase de modélisation 3D et les modèles doivent être mis à l’échelle en conséquence.
Le Zortrax Full Metal Package dont on ignore encore le prix, sera très prochainement disponible sur l’ensemble du réseau de revendeurs du fabricant polonais. De la conception jusqu’à l’envoi des pièces vertes pour le post-traitement, Zortrax fournit un manuel complet décrivant toutes les étapes à respecter pour réussir ses impressions métal.
