Une Révolution dans l'Impression 3D Métallique Grâce à une Nouvelle Technologie

L’impression 3D métallique est connue sous le nom de frittage laser direct des métaux et la fusion laser directe des métaux est une innovation supplémentaire. Une imprimante 3D métallique possède une barre laser qui ramollit des couches de poudre métallique de 20 à 60 microns les unes sur les autres. Cette poudre métallique est étalée sur toute la forme et ensuite, elle fond sélectivement sur les couches en dessous. Ce processus de couche additive permet de créer des pièces métalliques à partir d’un lit de poudre métallique. Cette procédure est similaire à d’autres imprimantes 3D à base de polymères qui utilisent la fusion par lit de poudre.

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L’impression 3D métallique occupe une position exceptionnelle dans le développement de produits à l’ère moderne. Elle permet l’assemblage immédiat de pièces complexes destinées à un usage final et facilite l’outillage pour les technologies de fabrication ordinaires, tout en réduisant les coûts et les délais. Cette technologie est également connue sous le nom de frittage laser direct des métaux (DMLS) et de fusion laser sélective (SLM).

Une Révolution dans l’Impression 3D Métallique

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Des chercheurs de l’Université de Technologie de Graz ont créé un nouveau type d’imprimante 3D qui utilise des LED au lieu de points laser pour la fabrication additive de pièces métalliques. Cette technologie innovante peut optimiser l’impression 3D métallique pour l’utilisation de poudre métallique, le temps de production, les coûts des appareils et le travail de post-traitement. L’équipe a également déposé un brevet pour leur technologie d’impression 3D métallique.

L’imprimante 3D utilise des technologies telles que la fusion laser sélective ou la fusion par faisceau d’électrons. Le processus utilise une poudre métallique qui est fondue puis développée pour former un composant. La nouvelle méthode s’appelle fusion sélective à base de LED (SLEDM) et elle résout deux problèmes centraux liés aux processus de fabrication par lit de poudre.

Ces problèmes centraux incluent la création fastidieuse de segments métalliques de grand volume et le réglage manuel laborieux. SLEDM utilise un faisceau LED supérieur qui met en avant des LED spécialement ajustées par des professionnels de l’éclairage et prépare le système de lentilles lourd qui permet de focaliser le diamètre du faisceau LED.

Le système de lentilles permet de modifier le faisceau LED entre 0,05 et 20 mm pendant le processus de fusion. Le centre LED modifiable permet de fondre des volumes plus importants par unité de temps sans avoir à réaliser des structures internes de support. L’absence de structures internes de support réduit le temps de production des composants et la production de technologie de piles à hydrogène ou médicale par un facteur de 20.

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Le processus signifie également qu’à la différence d’autres systèmes de fusion métallique, le segment est assemblé de haut en bas, laissant le segment exposé et réduisant au minimum la poudre nécessaire. Un post-traitement de base peut être effectué pendant le processus d’impression. Actuellement, des implants métalliques biodégradables sont créés à l’aide de l’imprimante, par exemple, vous pouvez traiter des os à l’aide de vis fabriquées à partir d’alliages de magnésium. Ces implants se dissolvent dans le corps après que la fracture se soit consolidée, éliminant ainsi la nécessité d’une seconde opération pour retirer les vis.

Grâce à SLEDM, la production de tels implants serait possible pour une utilisation directe dans la salle d’opération, car “une lumière LED est naturellement moins dangereuse pour l’opération qu’une source laser puissante,” déclare Haas.

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Cette technologie est associée à une usine de production récemment conçue qui – contrairement à d’autres usines de fusion métallique – ajoute le segment de haut en bas. Le segment est donc exposé, la quantité nécessaire de poudre est réduite au minimum et le post-traitement nécessaire peut être effectué pendant le processus d’impression. “Le retravail fastidieux, généralement manuel, qui est nécessaire avec les méthodes actuelles, par exemple, le lissage des surfaces rugueuses et le retrait des structures de support, n’est plus nécessaire et fait gagner un temps précieux,” déclare Haas.

La fusion sélective à base de LED (SLEDM) – c’est-à-dire la fusion ciblée de la poudre métallique utilisant des sources lumineuses LED haute puissance – est le nom de la nouvelle technologie qu’un groupe dirigé par Franz Haas, responsable de l’Institut d’Ingénierie de Production à l’Université de Technologie de Graz, a développée pour l’impression 3D métallique et a maintenant déposé un brevet. La technologie est similaire à la fusion laser sélective (SLM) et à la fusion par faisceau d’électrons (EBM), dans lesquelles la poudre métallique est fondue à l’aide d’un laser ou d’un faisceau d’électrons et intégrée à un segment couche par couche. Cependant, SLEDM résout deux problèmes centraux de ces processus de fabrication par lit de poudre : la création fastidieuse de segments métalliques de grand volume et le post-traitement manuel laborieux.

Autres Plans et Domaines d’Application

Un démonstrateur du processus SLEDM est actuellement en cours d’examen dans le projet K CAMed de l’Université Médicale de Graz, où le premier laboratoire de recherche pour l’impression 3D clinique a ouvert en octobre 2019.

Le second axe se concentre sur la mobilité durable, notamment sur la création de pièces, par exemple, des plaques bipolaires pour des piles à hydrogène ou des segments pour des systèmes de batteries. “Nous voulons rendre la fabrication additive utilisant SLEDM économiquement viable pour l’e-mobilité et positionner SLEDM dans ce domaine de recherche à un stade précoce,“ déclare Haas, qui va créer un prototype attrayant de cette imprimante 3D métallique — “fabriqué par TU Graz” — lors de la prochaine étape de développement : un développement supplémentaire dans le cadre universitaire.

Le processus SLEDM a été développé dans le FoE “Mobilité et Production,” qui est l’un des cinq axes de recherche scientifique de l’Université de Technologie de Graz.

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