Les 7 catégories de fabrication additive

Description

La fabrication additive (AM), communément appelée impression 3D, consiste à créer des objets couche par couche à partir d'un modèle numérique. Cette technique a révolutionné les industries, offrant un prototypage rapide et une production personnalisée pour un large éventail d'applications. Le processus est divisé en sept catégories principales, chacune ayant des méthodes et des avantages uniques. Ces catégories comprennent la photopolymérisation VAT, la projection de matériau, la projection de liant, l'extrusion de matériau, la fusion sur lit de poudre, le laminage de feuilles et le dépôt d'énergie dirigée.

Photopolymérisation par VAT

La photopolymérisation VAT est une technique d'impression 3D populaire qui utilise la lumière ultraviolette (UV) pour durcir la résine liquide et la transformer en un solide couche par couche. La méthode repose sur une cuve de résine photopolymère liquide qui est sélectivement exposée à la lumière UV par l'intermédiaire d'un projecteur ou d'un laser. Le processus commence par la création d'une fine couche de résine, qui est ensuite durcie par la source de lumière UV, puis la plate-forme de construction est abaissée pour faire place à la couche suivante. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que le modèle soit complet.
Cette catégorie est couramment utilisée dans des secteurs tels que la bijouterie, les applications dentaires et le prototypage, où la haute résolution et la finesse des détails sont essentielles.

Jet de matière

La projection de matériaux fonctionne de la même manière que l'impression à jet d'encre, mais avec des matériaux qui se solidifient lors du dépôt. Dans ce processus, de minuscules gouttelettes de matériau, généralement du photopolymère, sont projetées sur la surface de construction à partir de plusieurs têtes d'impression. Chaque couche de matériau est durcie à l'aide d'une lumière UV, ce qui la lie à la couche précédente.
La projection de matériau offre une grande précision et est souvent utilisée pour produire des prototypes, des moules et des modèles aux détails complexes et aux finitions lisses. Cette catégorie peut également travailler avec plusieurs matériaux simultanément, ce qui permet de créer des pièces multi-matériaux.

Jet de liant

Le jet de liant est une méthode d'impression 3D à base de poudre qui utilise un liant pour fusionner les particules de poudre, couche par couche. Une tête d'impression dépose sélectivement un liant liquide sur la surface d'un lit de poudre. Le liant fait adhérer les particules de poudre les unes aux autres pour former une couche solide. Après l'impression de chaque couche, la plate-forme de construction se déplace vers le bas et une plus grande quantité de poudre est répandue sur la couche.
Cette technique est généralement utilisée avec des poudres de métal, de sable ou de céramique. Le jet de liant est souvent utilisé dans des applications telles que les moules de moulage en sable, la production de pièces métalliques et les modèles architecturaux, en raison de sa capacité à créer des géométries larges et complexes.

Extrusion de matériaux

L'extrusion de matériaux est l'une des méthodes d'impression 3D les plus connues, popularisée par des technologies telles que la modélisation par dépôt de matière fondue (FDM). Cette méthode consiste à extruder un filament de matériau, tel qu'un thermoplastique, à travers une buse chauffée. Le matériau est déposé couche par couche, chaque couche se liant à la suivante au fur et à mesure qu'elle refroidit et durcit.
L'extrusion de matériaux est largement utilisée dans des secteurs tels que l'automobile, les biens de consommation et l'aérospatiale. Elle est réputée pour sa facilité d'utilisation, son prix abordable et la disponibilité d'une large gamme de matériaux, notamment des plastiques tels que l'ABS et le PLA.

Fusion sur lit de poudre

La fusion sur lit de poudre (PBF) est une méthode qui utilise un laser ou un faisceau d'électrons pour faire fondre et fusionner de manière sélective des particules de poudre dans un lit de matériau. Ce processus consiste à étaler une fine couche de poudre sur la plate-forme de fabrication, puis à utiliser un laser ou un faisceau d'électrons pour fusionner la poudre à des endroits spécifiques en fonction de la conception numérique.
Le procédé PBF est le plus souvent utilisé avec des poudres métalliques, telles que l'acier inoxydable, le titane ou l'aluminium, et il est idéal pour créer des pièces très complexes et fonctionnelles. Cette méthode est particulièrement utile dans des secteurs tels que l 'aérospatiale, les dispositifs médicaux et l'outillage, en raison des propriétés des matériaux qu'elle offre, telles que la résistance et la durabilité.

Pour en savoir plus : Fabrication additive (AM) et fusion sur lit de poudre (PBD)

Lamination de feuilles

Le laminage de feuilles est une technique d'impression 3D dans laquelle de fines feuilles de matériau, telles que du papier ou du métal, sont laminées ensemble et découpées à la forme de chaque couche. Les feuilles sont collées à l'aide d'un adhésif ou de la chaleur, et le processus de découpe fait généralement appel au laser ou à des moyens mécaniques pour définir la forme de chaque couche.
Cette catégorie est réputée pour sa rentabilité et sa rapidité, en particulier lorsqu'elle est utilisée avec du papier ou des matériaux composites. Le laminage de feuilles est couramment utilisé pour la production de modèles et de prototypes, ainsi que pour certaines applications aérospatiales et automobiles.

Dépôt par énergie dirigée

Le dépôt par énergie dirigée (DED) est une technique de fabrication additive dans laquelle une énergie thermique concentrée, provenant par exemple d'un laser ou d'un faisceau d'électrons, est utilisée pour faire fondre un matériau de base (généralement sous forme de poudre ou de fil) qui est déposé sur une surface. Le matériau se solidifie en refroidissant, construisant l'objet couche par couche.
Le DED est souvent utilisé pour la réparation et l'entretien de pièces métalliques et peut également servir à créer des pièces complexes de grande taille dans des secteurs tels que l'aérospatiale, la défense et l'outillage. La possibilité de travailler avec différents alliages métalliques en fait un procédé idéal pour les applications où les performances des matériaux sont essentielles.

Tableau : Comparaison des sept catégories de fabrication additive

Pour plus d'applications et de produits connexes, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre la photopolymérisation VAT et la projection de matériaux ?
La photopolymérisation VAT utilise une source de lumière UV pour durcir la résine liquide, tandis que la projection de matériau projette des gouttelettes de matériau photopolymère et les durcit à l'aide de la lumière UV.

L'extrusion de matériaux peut-elle être utilisée avec du métal ?
L'extrusion de matériaux est principalement utilisée avec des matériaux thermoplastiques, mais elle peut également fonctionner avec des composites métalliques dans des systèmes spécialisés.

Pourquoi la projection de liant convient-elle pour les pièces métalliques ?
La projection de liant permet de créer des pièces métalliques complexes à l'aide de poudres métalliques, qui peuvent être frittées pour augmenter leur résistance, ce qui en fait un procédé idéal pour la fabrication de pièces métalliques.

Pourquoi la fusion sur lit de poudre est-elle populaire dans l'aérospatiale ?
La fusion sur lit de poudre permet de créer des pièces métalliques complexes très résistantes, idéales pour répondre aux exigences rigoureuses des applications aérospatiales.

Quel est l'avantage du dépôt d'énergie dirigée dans la réparation des métaux ?
Le dépôt par énergie dirigée permet de réparer localement des pièces métalliques en faisant fondre et en ajoutant des matériaux avec précision, ce qui le rend efficace pour les réparations dans l'aérospatiale et d'autres industries de haute performance.