La QLS 236, l’une des imprimantes 3D polymère de Nexa3D désormais compatibles avec l’impression 3D métal (crédits photo : Nexa3D)
Particulièrement dynamique ces dernières années, le marché de l’impression 3D métal est un eldorado qui continue d’attiser les convoitises. Le dernier à tenter sa chance est un spécialiste de l’impression 3D polymère : le fabricant américain Nexa3D. Connue pour la qualité de ses imprimantes 3D industrielles SLA et SLS, précises et rapides, l’entreprise a décidé de s’aventurer sur le segment très convoité du métal.
Le premier point qui distingue Nexa de ses prédécesseurs, est qu’elle n’a pas développé de nouvelle machine pour pénétrer le marché de l’impression 3D métal. Au lieu de cela, Nexa s’est associée à son compatriote Headmade Materials pour que sa gamme d’imprimantes 3D polymère SLS (frittage laser) dont la « QLS 236 », soit en mesure de pouvoir traiter son matériau breveté.
Si ces derniers temps, nombre de fabricants se sont mis à développer des kits pour permettre à leurs machines polymère FFF (dépôt de filament) d’imprimer des filaments métalliques, le fait que des imprimantes 3D SLS soient compatibles avec le métal est une tendance nouvelle. Un progrès qui dans le cas présent, signifie que les clients de Nexa3D peuvent désormais tout aussi bien utiliser ses systèmes pour faire de l’impression 3D polymère qu’imprimer des pièces en métal. Cela concerne plusieurs matériaux clefs tels que l’acier inoxydable, l’acier à outils, et le titane.
Mais comment cela est-ce possible ? Le secret réside en fait dans la technologie brevetée ColdMetal Fusion (CMF) de Headmade Materials, une poudre métallique qui reprend le principe de la technique dite de Mim Like (voir article dédié).
Popularisée par des fabricants tels que Desktop Metal dans le but de rendre l’impression 3D métallique plus accessible, celle-ci s’appuie habituellement sur des filaments ou granulés qui contiennent de la poudre métallique mélangée à un liant polymère. Sur le même principe, Headmade Materials a développé une poudre d’impression 3D métal d’un nouveau genre, où chaque particule métallique est recouverte d’une couche de polymère. Celui-ci permet ainsi de lier chaque particule pendant le processus d’impression 3D.
« Grâce à la large gamme d’imprimantes SLS et de tailles d’équipements de frittage disponibles, les utilisateurs peuvent personnaliser l’ensemble de leur chaîne de processus… »
Exemple de pièce en métal imprimées avec la technologie CMF sur une imprimante 3D polymère SLS de Nexa3D (crédits photo : Nexa3D)
La technologie Cold Metal Fusion est ainsi appelée en référence à la température bien inférieure que ce que nécessitent habituellement des machines SLS, soit environ 70 °C à 80 °C, contre environ 180 °C habituellement pour le frittage d’un matériau tel que le PA12.
Une fois les pièces imprimées, vient alors l’étape la plus importante : celle du post-traitement. L’opération consiste dans un premier temps à éliminer le liant contenu dans la pièce, puis à fusionner les particules métalliques. Pour ce faire, les pièces vertes c’est à dire « brutes », sont traitées dans des fours de déliantage et de frittage afin d’obtenir des composants métalliques le plus denses possible, soit jusqu’à 99,9 %.
Aux dires des deux partenaires, et contrairement à ce que l’on pourrait penser, le volume d’impression des machines SLS et leur vitesse ne sont pas beaucoup affectés par l’utilisation de cette poudre MIM. Nexa3D affirme que sa machine conserverait les mêmes performances de vitesse qu’avec le métal. Ce qui est un bon point, même s’il faut bien sûr ajouter le temps de post-traitement au temps de fabrication.
Selon Heamade Materials, l’avantage de la technologie Cold Metal Fusion, que l’on peut comparer au procédé par jet de liant sur poudre métallique, un procédé réputé pour sa vitesse d’impression, est qu’il nécessite des machines beaucoup moins onéreuses. « Pour le prix d’une solution de projection de liant métallique, vous pourriez disposer de 10 machines SLS. », explique Levent Akbas, directeur commercial de Headmade Materials. « Vous n’avez pas besoin d’investir de grosses sommes d’argent pour réaliser vos premières pièces. » Grâce à la large gamme d’imprimantes SLS et de tailles d’équipements de frittage disponibles, les utilisateurs peuvent personnaliser l’ensemble de leur chaîne de processus en fonction de leurs besoins, du travail en laboratoire de bureau à la production en série complète. »
« Ce processus fonctionne bien pour les petites pièces, mais il peut également fabriquer des pièces massives pesant 25 kilos »
Worflow de la technologie CMF (crédit : HeadeMade Materials)
L’autre avantage évident de la technologie CMF, est que si une entreprise veut faire de l’impression 3D polymère et métal, elle n’a plus a investir dans deux machines distinctes. Quant au prix de la matière première, son fabricant affirme qu’il ne serait pas plus élevé que celui employé par les systèmes à jet de liant. HeadMade souligne également la précision dimensionnelle (d’environ ± 100 microns) de sa solution, qu’il estime comparable, voire meilleure que tous les autres procédés de fabrication de pièces à base de poudre métallique.
« Ce qui est remarquable à propos de ce processus, c’est que la métallurgie et la science qui le sous-tendent permettent d’obtenir de meilleures propriétés mécaniques pour une pièce entièrement frittée que celles obtenues par usinage de billettes en utilisant le même matériau », commente Calhoun. « Pour les applications avancées haut de gamme, comme l’aérospatiale, les véhicules électriques, le médical et les domaines où le poids est crucial, disposer d’un titane meilleur que le titane que nous pouvons usiner permettra aux fabricants de produire des pièces avec un facteur de sécurité égal avec une masse globale inférieure et poids, ce qui va être un grand progrès. »
Quant à la comparaison avec le frittage laser classique, Nexa3D met en avant le fait que le volume de construction d’une machine SLS peut être totalement exploitée en imbriquant les pièces. Des logiciels dédiés, dits de nesting, permettent d’automatiser cette opération qui a pour effet d’optimiser l’espace, et donc la production. « Ce processus (le CMF) fonctionne bien pour les petites pièces, mais il peut également fabriquer des pièces massives pesant 25 kilos« , explique John Calhoun, directeur Business Development de Nexa 3D. « Il est évolutif dans des géométries qui ne s’appliquent pas au MIM du point de vue de la taille ou de la rentabilité de la production, et ne s’appliquent certainement pas non plus au jet de liant ou au frittage laser direct des métaux. »
Compatible avec quasiment n’importe quelles imprimantes 3D SLS dont les profils de matériaux préinstallés ou des paramètres ouverts, la technologie Cold Metal Fusion est également disponible sur les machines des fabricants Farsoon, Sintratec, ainsi qu’EOS avec sa Formiga P110. Quant à Nexa3D, son premier système d’entrée de gamme à proposer les matériaux HeadMade débute à environ 70 000 €. À cela, rappelons qu’il faut ajouter des fours de déliantage et de frittage dont le prix avoisine plusieurs centaines de milliers d’euros chacun. Ne proposant pas ce type d’équipements, HeaMade et Nexa3D se sont associés à plusieurs fabricants spécialisés dont Lömi et Carbolite Gero.
