CONTROLE QUALITÉ IMPRESSION 3D

La Stéréolithographie Apparatus (SLA), qui consiste à solidifier un polymère liquide photosensible (pouvant être appelé « photopolymère ») à l’aide d’un faisceau laser ultraviolet. Les imprimantes SLA sont composées d’un réservoir de photopolymère liquide, d’une plateforme perforée, d’un émetteur de rayonnement ultraviolet et d’un ordinateur.

Au contact de la lumière ultraviolette, le polymère se durcit instantanément, La première couche est effectuée, la plateforme descend et la réalisation de la seconde couche peut débuter. Cette opération se répète jusqu’à ce que la pièce soit entière. La plateforme remonte alors à la surface laissant apparaître le produit. La pièce est ensuite rincée avec un solvant pour retirer l’excédent de résine et elle est cuite dans un four à ultraviolet pour terminer la polymérisation.

Le procédé Polyjet (par jet de matières), qui repose également sur le principe de la photopolymérisation. La matière photosensible est déposée goutte à goutte sur un support puis elle est exposée à un faisceau ultraviolet qui va durcir instantanément la résine. L’avantage que présente ce procédé est la capacité à imprimer des pièces multi matériaux et en couleur.

Le frittage laser sélectif ou Selective Laser Sintering (SLS), qui emploie aussi un faisceau laser mais cette fois-ci un faisceau laser très puissant capable de faire rapidement monter en température la matière. Le principe est donc de chauffer afin d’assembler les particules de poudre à des points très précis et ainsi les allier entre elles. Une nouvelle couche est alors déposée et à nouveau chauffer pour fusionner avec la précédente. Cette opération est répétée jusqu’à l’obtention de la pièce terminée. Le matériau le plus souvent rencontré est la polyamide (un nylon) mais de la poudre de verre ou des céramiques peuvent également être utilisées.

Les procédés cités ci-dessus sont des procédés adaptés et développés principalement à l’impres sion de pièces polymères. Néanmoins, la fabrication additive métallique monte en puissance depuis quelques années et fait l’objet de très nombreux développements technologiques. Ces avancées per mettent toujours plus de méthodes de fabrication innovantes et également une gamme de matériaux utilisables plus étendue. Parmi les procédés de fabrication additive métallique on retrouve majoritairement :

Le Direct Metal Laser Sintering (DMLS), faisant partie de la famille d’impression 3D appelée « fusion sur lit de poudre ». Cette méthode s’appuie sur le même principe que le procédé SLS à savoir un chauffage précis par faisceau laser permettant de fritter ou de fusionner des particules de poudre métallique entre elles et ainsi de fabriquer couche après couche la pièce finale.

La Construction Laser Additive Directe (CLAD). Il s’agit d’une technologie de dépôt de matière par énergie concentrée. Elle consiste à alimenter, par la buse de l’imprimante, de la matière sous forme de poudre métallique ou de fil et de la faire aussitôt fondre à sa sortie à l’aide d’une puissante source de chaleur : ici un faisceau laser (d’autres technologies existent pour lesquelles le chauffage est assuré par un faisceau d’électrons -EBM- ou par plasma). Cette méthode permet l’impression directe des pièces en opposition au procédé de fusion sur lit de poudre.

La projection à froid (ou « Cold Spray »). L’objectif est de réaliser un revêtement sur une pièce par mé tallisation à froid. Les particules de poudres métalliques sont projetées par un gaz (azote ou hélium) sous pression (environ 50 bars) à une vitesse très élevée (pouvant atteindre 1200m/s) sur le substrat. Lors de l’impact, la déformation des particules assure la qualité du dépôt.

La Stratoconception, qui est un procédé d’impression 3D hybride consistant à décomposer en plu sieurs strates la pièce à réaliser. Chacune des strates est fabriquée par découpe (fraisage, découpe laser, découpe au fil, …) puis ces strates sont positionnées à l’aide d’inserts, de pontets ou d’autres éléments d’imbrication dans le but d’être assemblées et ainsi reconstituer la pièce finale.
=> Diverses autres technologies ont été développées directement par certains fabricants. Tous ces développements distinguent plus encore les catégories de procédé déjà citées. La plupart des métaux est utilisable par la fabrication additive. Les plus répandus sont l’aluminium (souvent sous forme d’alliage) pour sa légèreté et l’acier pour ses propriétés mécaniques. Le titane, le cobalt-chrome, le gallium, les superalliages (type inconel) et les métaux précieux (or, platine et argent) sont aussi très présents dans cette industrie.

En revanche il faut tout de même savoir que les poudres métalliques ont un coût élevé, l’impression 3D ne permet donc pas la fabrication de pièces de très grandes dimensions.

– La capacité à fabriquer des pièces de géométrie complexe sans entrainer d’augmentation de coût. Ce procédé de fabrication par addition de couches permet d’atteindre des géométries précises de pièces plus aisément que par une fabrication « traditionnelle » parfois même pour un coût moins élevé, car la quantité de matière utilisée est moindre.

– Le fait de ne pas nécessiter d’outillage spécifique pour la création d’un produit (en opposition avec les appareils d’outillages ou les moules employés dans la fabrication par mise en forme). Le coût d’une pièce imprimée en 3D dépend uniquement de la quantité de matière utilisée, du temps nécessaire à sa réalisation et des opérations ultérieures de traitement.

– La facilité à créer des pièces personnalisées. Les coûts de mise en route étant bas, chaque production peut être personnalisée simplement en modifiant le modèle numérique 3D.- Le rapide prototypage à faible coût. La rapidité de fabrication des pièces permet d’accélérer grandement l’exécution du « cycle de conception » (conception, essais, amélioration, modifications, …)

-Le rapide prototypage à faible coût. La rapidité de fabrication des pièces permet d’accélérer grandement l’exécution du « cycle de conception » (conception, essais, amélioration, modifications, …)

– La large gamme de matériaux utilisables. Même si les matériaux les plus employés sont les ma tériaux plastiques, les métaux et les composites trouvent de plus en plus d’applications industrielles permettent de répondre à des besoins toujours plus spécifiques.

Néanmoins, le procédé de fabrication par impression 3D présente quelques limites :

– Pour la plupart des procédés d’impression 3D les propriétés physiques des produits ne sont pas aussi bonnes que celles des matériaux employés.
Cependant, les procédés de fusion sélective de métal par laser (DMLS) produisent dans certains cas des pièces avec d’excellentes propriétés mécaniques.

– La fabrication additive est limitée par le nombre de produit à fabriquer en série. Elle ne peut pas concurrencer les autres procédés concernant les très grandes séries de production.

– La tolérance et la précision des pièces sont limitées. Elles varient selon le procédé d’impression mais les pièces nécessitent souvent des opérations de finition visant à optimiser les caractéristiques, les tolérances et les états de surface. Les pièces imprimées en 3D sont alors rarement prêtes à l’emploi en sortie d’impression. Les opérations de finition nécessaires sont en général, le retrait du support (c’est-à-dire l’ensemble des structures imprimées pour ancrer la pièce et/ou combler un « porte-à faux »), un ponçage, un polissage, de la peinture, …

=> L’impression 3D est par conséquent utilisée dans de nombreux domaines industriels. Elle trouve des applications dans beaucoup de secteurs d’activités tels que : l’automobile (étrier de frein en titane), l’aéronautique (allègement des structures), l’aéronavale (hélices de bateau), l’énergie (aubes de turbines à gaz), le médical (implants en titane), l’aérospatial (miroir télescopique en aluminium, support d’antenne satellite, turbopompe de moteur de fusée), la construction métallique (pont en acier) l’horlogerie, la bijouterie ou l’orfèvrerie,…

C’est la fabrication additive métallique qui fera le plus souvent objet de préparation métallographique.