Retour sur la journée dédiée à la Fabrication additive métallique

Journée fabrication additive métallique et procédés de finition

Mardi 30 janvier, 44 personnes se sont réunies au Technopôle de Sainte-Croix pour découvrir ou approfondir leurs connaissances sur le thème de la fabrication additive métallique et des procédés de finition associés.

Introduction aux technologies de fabrication additive métallique

Sylvain Hugon, professeur à la HEIG-VD, a tout d’abord rappelé les bases de la fabrication additive métallique. Cette technologie est contrainte avant tout par les matériaux – avant les procédés puisque le choix des matières est encore relativement limité. Les domaines d’utilisation des pièces métalliques fabriquées par impression 3D évoluent : longtemps cantonnées à des prototypes ou des produits unitaires personnalisés, les pièces imprimées sont maintenant des séries de pièces multifonctionnelles aux designs complexes ne pouvant être produites par d’autres procédés. Mais pour que cela fonctionne, une expertise est nécessaire car toutes les étapes, de la conception à la finition, auront un impact sur les caractéristiques de la pièce finie.

Procédé LMM

Le procédé Lithography-based Metal Manufacturing (LMM) a été présenté par Denise Mödder, responsable des applications pour la société Incus GmbH, basée à Vienne.

Une résine photo-réactive hautement chargée en métal est solidifiée couche par couche par de la lumière envoyée par un projecteur DLP. La pièce « verte » (pas encore déliantée et frittée) ainsi créée est prise dans la résine. Cette dernière étant solide à température ambiante, elle permet de soutenir la pièce verte, sans avoir besoin de supports supplémentaires. En liquéfiant la résine avec de l’air chaud, on récupère les pièces vertes que l’on passe ensuite au déliantage et frittage pour obtenir une pièce métallique avec une rugosité de surface de l’ordre de 2 microns et un niveau de détails impressionnant. L’un des exemples donnés était celui d’une pièce avec un filetage de 1.2mm a été produite et utilisée sans besoin de finition ! Le LMM permet de réutiliser intégralement la résine chargée en métal qui n’a pas été polymérisée pour une nouvelle production.

Le choix des matériaux est assez large et en constante évolution : acier inoxydable 316-L, titane Ti-6Al-4V, cuivre, alliage CoCr, et plus récemment or jaune et argent. La machine Hammer Pro40 offre un large volume de travail et la possibilité de stocker les travaux terminés tout en continuant l’impression, ce qui augmente la productivité.

Crédits photo : Incus

Metal Binder Jetting

Marouene Zouaoui est responsable fabrication additive chez EAC. Cette société crée des accessoires personnalisés pour le secteur de la cosmétique, du luxe et de la lingerie. Elle fait partie du groupe Ephie Industries qui possède des compétences en gravure sur métal, mais surtout en revêtements de surface par électrolyse avec la société Graindorge. Ainsi EAC produit des pièces imprimées 3D en acier 316-L avec le procédé Metal Binder Jetting (MBJ) ; après une étape de polissage, les pièces sont revêtues par la société sœur Graindorge pour proposer aux clients finaux des produits somptueux.

Le procédé MBJ consiste à projeter du liant sur un lit de poudre métallique afin de créer une pièce « verte ». A ce stade, les pièces sont très fragiles, Marouene Zouaoui dit « ne pas respirer » lorsqu’il déplace le plateau pour le mettre dans le four qui polymérisera le liant ! L’opération suivante, le dépoudrage, permet d’enlever la poudre métallique qui servait de support mais qui n’a pas été liée. Ce processus est manuel et assez long pour des pièces aux formes complexes : les moindres détails doivent être nettoyés. Finalement les pièces sont déliantées et frittées.

Les machines utilisant la technologie Metal Binder Jetting ont des volumes de travail relativement grands, permettant ainsi de produire des pièces volumineuses ou de les empiler. De plus lors d’une impression, plusieurs types de pièces peuvent être combinées, tout en tenant compte de l’anisotropie du process.

Crédits photo : EAC

Tribofinition des pièces imprimées en 3D

Martin Jay, fondateur de la société Politechno et expert en tribofinition, travaille avec les intervenants précédents pour définir les gammes opératoires de finition des pièces. Il commence par rappeler que le choix des procédés de finition est très vaste : manuel / automatique, mécanique / chimique / électrochimique / thermique, par vibration / rotation / centrifugation, sans compter tout l’assortiment de médias. Afin de sélectionner la bonne méthode de finition, il est important de comprendre comment définir et caractériser une surface et quelles sont les fonctions que la pièce doit avoir.

Les différents cas d’application présentés, issus de tous les secteurs, nous montrent que Martin Jay est capable d’accompagner son client pour définir précisément son besoin, de sélectionner les procédés et conditions de travail (machine, média, temps de cycle) pour chaque étape de la gamme, de contrôler l’état de surface et de calculer le coût unitaire et d’investissement, tout en prenant en compte de l’ergonomie au travail.

Crédits photo : EAC

Amélioration des propriétés des pièces

Eric Boillat, professeur à la HEIG-VD et à l’EPFL, nous a proposé une réflexion sur l’évolution du procédé de fusion laser sur lit de poudre L-PBF. Selon la littérature, les applications dans le domaine de la fabrication additive stagnent à cause d’un taux de renoncement de l’ordre de 66%, dû principalement à trois facteurs : le coût des pièces et de leur finition, les propriétés des matières « insatisfaisantes » ou encore les états de surface inappropriés pour l’usage final. Ce taux, conséquent, pourrait être drastiquement diminué en améliorant les états de surface des pièces, solution proposée par Politechno. Eric Boillat explore une autre solution et mène des recherches pour obtenir des propriétés matières exceptionnelles. Il évoque notamment la fabrication additive multi-matières, le traitement thermo-mécanique en cours de fabrication (3D Laser Shock Peening) afin de modifier l’état de contraintes internes à la pièce, la déformation du faisceau laser afin de contrôler le profil de refroidissement et d’éviter la trempe superficielle des couches. Certaines de ces solutions sont déjà implémentées dans des machines du marché.

Pour finir cette journée riche en enseignements et échanges, Marouene Zouaoui nous a proposé un benchmark des différentes technologies de fabrication additive. La conclusion est simple : il n’y a pas de solution universelle et chaque projet doit être analysé en fonction du besoin final de la pièce, des quantités à produire et de l’investissement qui peut être consenti.

Un grand merci à tous les intervenants pour le partage de leurs connaissances et aux participants pour les nombreux échanges.

Avec la participation de AddiPole, EAC, Incus, Politechno

Cette journée a eu lieu
le
30 janvier 2025

Technopôle de Sainte-Croix
Rue du Progrès 31
1450 Sainte-Croix
Suisse

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