En bref : La technologie SAF™ (Powder Bed Fusion) de Stratasys utilise un agent absorbant les infrarouges et la chaleur pour fusionner la poudre polymère en pièces isotropes de haute précision, offrant un emboîtement efficace, des cycles rapides, des matériaux recyclables et une production évolutive dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la santé et bien d'autres encore.
Si vous trouvez le sujet de l'impression 3D confus ou intimidant, vous n'êtes pas seul. Il y a beaucoup à prendre en compte. Mais plus vous en apprendrez, plus vous y verrez clair. Pour commencer, il est utile de se familiariser avec les différentes technologies de fabrication additive (FA) – les méthodes d'impression 3D – qui existent sur le marché. Pour vous aider à atteindre cet objectif, cet article examine de plus près l'une de ces technologies, la fusion sur lit de poudre, afin que vous puissiez mieux comprendre comment elle est utilisée, où elle s'applique et quand l'envisager.
L'impression 3D par fusion sur lit de poudre est un procédé de fabrication additive qui consiste à faire fondre et à fusionner sélectivement, couche par couche, un matériau en poudre à l'aide d'une source d'énergie à haute intensité, telle qu'un laser ou un faisceau d'électrons, afin de créer des objets tridimensionnels. Cette méthode permet de fabriquer des pièces à partir d'un lit de matériau finement pulvérisé, sur la base d'une conception numérique. La poudre inutilisée qui entoure chaque pièce sert de support naturel, ce qui permet de créer des géométries complexes sans avoir recours à un échafaudage supplémentaire (sauf pour le métal).
Le procédé de fusion sur lit de poudre se divise en plusieurs grandes catégories qui se distinguent par la méthode de chauffage utilisée :
Chaque approche partage le principe fondamental de la fabrication de pièces à partir d'un lit de poudre, mais le mécanisme de fusion et les matériaux appropriés varient, ce qui influe sur leurs cas d'utilisation idéaux. Bien que le métal représente une part importante du marché de la PBF, cet article de blog se concentrera spécifiquement sur l'impression 3D PBF polymère.
Le processus de fusion sur lit de poudre peut être décomposé en une série d'étapes précises. Tout d'abord, une fine couche de poudre préchauffée est étalée sur la plate-forme de fabrication. Ensuite, une source d'énergie thermique fusionne la poudre de manière sélective en fonction de la section transversale du modèle numérique. Une fois qu'une couche est fusionnée, la plate-forme de fabrication s'abaisse légèrement, et une nouvelle couche de poudre préchauffée est ajoutée et fusionnée.
Cette approche couche par couche se poursuit jusqu'à ce que les pièces soient complètement formées. Une fois la construction terminée, les pièces refroidissent dans le lit de poudre. Après refroidissement, toute poudre libre restante est éliminée, souvent pour être réutilisée dans de futures impressions. Des étapes de post-traitement supplémentaires telles que le grenaillage, la teinture ou le lissage à la vapeur peuvent être nécessaires en fonction des exigences de conception.
À l'instar d'autres formes d'impression 3D, le procédé PBF offre une liberté de conception quasi illimitée ainsi que des gains de temps et d'argent par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. Cependant, certaines caractéristiques le distinguent des autres méthodes de fabrication additive :
Un autre avantage de l'impression 3D par lit de poudre, parfois négligé, est sa capacité à produire des pièces presque isotropes, c'est-à-dire des pièces dont les propriétés mécaniques sont constantes dans toutes les directions. Cela est avantageux pour les composants fonctionnels critiques soumis à des charges importantes. En revanche, certains autres procédés de fabrication additive créent des pièces anisotropes dont les caractéristiques, telles que la résistance, diffèrent selon les axes de construction. Cela entraîne une variabilité des propriétés mécaniques dans la géométrie de la pièce, qui peut être plus résistante dans une direction et moins dans une autre.
Contrairement à de nombreux procédés d'impression 3D, les pièces PBF en polymère sont fabriquées à partir de thermoplastiques intrinsèquement recyclables, ce qui rend les procédés plus durables, ce qui est particulièrement important à mesure que l'impression 3D se développe dans la production en série.
En raison des avantages qu'offre l'impression sur lit de poudre, elle trouve des applications dans pratiquement toutes les industries impliquées dans une forme ou une autre de fabrication.
Malgré ses atouts, l'impression 3D par fusion sur lit de poudre présente certains inconvénients qui méritent d'être soigneusement évalués.
Le coût de l'équipement est l'un des plus élevés parmi les technologies additives.
Les options de matériaux se multiplient, mais d'autres technologies d'impression 3D polymère offrent davantage de choix.
En fonction de vos applications, d'autres formes de fabrication additive telles que les technologies FDM®, PolyJet™ ou P3™ DLP peuvent être plus adaptées, car elles ne nécessitent pas les mêmes considérations en matière d'installations et d'environnement. Ces technologies offrent également une gamme plus large de matériaux.
Bien que la technologie additive PBF existe depuis environ 40 ans, elle n'est pas restée immobile et de nouveaux développements continuent d'étendre ses capacités.
Ensemble, ces innovations rendent la fusion sur lit de poudre plus accessible, plus efficace et plus puissante.
Stratasys apporte son expertise en matière de fabrication additive à la fusion à base de poudre grâce à sa technologie SAF® Selective Absorption Fusion®, actuellement utilisée sur l'imprimante 3D à lit de poudre H350™. La technologie SAF utilise un agent absorbant les infrarouges déposé par des têtes d'impression industrielles et des lampes chauffantes infrarouges pour fusionner de manière sélective des poudres polymères.
Conçue pour pallier les lacunes des options PBF polymères existantes, l'innovation à l'origine de l'imprimante H350 et de la technologie SAF offre aux fabricants plusieurs avantages clés par rapport aux options PBF actuellement disponibles sur le marché.
L'un des objectifs de conception de la technologie SAF était de permettre l'utilisation de la fabrication additive dans les environnements de production, en particulier pour les pièces d'utilisation finale à volume accru, tout en minimisant les coûts d'exploitation et en rationalisant les flux de travail. Mais surtout, la technologie SAF a été développée pour améliorer la technologie PBF polymère actuelle.
Voici quelques-uns des points forts de l'imprimante 3D H350 et de la technologie SAF qui permettent de résoudre les problèmes liés à l'impression 3D à lit de poudre actuelle :
L'imprimante H350 utilise un mode d'impression unidirectionnel breveté, contrairement à la méthode bidirectionnelle utilisée sur les systèmes concurrents. De plus, l'imprimante H350 utilise une caméra thermique haute résolution, 100 fois plus précise que les autres systèmes. Cette combinaison permet un contrôle thermique constant sur l'ensemble du plateau d'impression, ce qui se traduit par des pièces précises tout au long de la construction et un rendement élevé.
L'imprimante H350 atteint des densités d'imbrication allant jusqu'à 43 % avec pratiquement aucun gaspillage de matière. Les autres systèmes de fusion de poudre polymère actuellement disponibles peuvent atteindre des densités d'environ 10 à 12 %. L'imprimante H350 utilise également moins de consommables. Ces facteurs se combinent pour réduire les coûts d'exploitation et augmenter le débit, ce qui diminue le coût par pièce.
Le logiciel GrabCAD Print Pro™ peut générer automatiquement des rapports de construction avec traçabilité des tâches sans coût supplémentaire, ce qui n'est pas possible avec les systèmes concurrents. Les paramètres d'impression sont également personnalisables, ce qui vous permet de les ajuster selon vos besoins pour les adapter à différentes applications.
L'imprimante H350 affiche le coût énergétique par kilogramme de pièces imprimées le plus bas de sa catégorie, d'après des tests comparatifs réalisés avec des systèmes concurrents. Elle occupe également moins d'espace, ce qui permet d'installer deux imprimantes dans le même espace qu'un seul système concurrent. Des espaces plus petits signifient moins de besoins en matière de contrôle de la température et de l'humidité, ce qui contribue à réduire l'empreinte carbone globale de la technologie.
L'accessoire PowderEase™ T1 rationalise la manipulation de la poudre grâce à la séparation, la récupération des pièces et le dosage automatisés de la poudre. Cela réduit considérablement la main-d'œuvre nécessaire pour traiter les pièces après l'impression, ce qui permet aux clients de se concentrer sur d'autres tâches. Il améliore également la sécurité et l'efficacité sur le lieu de travail en réduisant la manipulation manuelle de la poudre, en limitant l'exposition à la poussière et en récupérant plus efficacement la poudre inutilisée.
Outre ces avantages, la technologie SAF ReLife PA12 constitue une innovation remarquable en matière de durabilité. Cette fonctionnalité permet d'utiliser la poudre PA12 usagée provenant de la technologie SAF et d'autres technologies à base de poudre dans l'imprimante 3D H350. Cette approche écologique peut réduire les émissions de carbone jusqu'à 90 %, transformant ainsi efficacement les déchets en valeur ajoutée.
La technologie SAF PBF utilise actuellement trois types de polymères pour la fusion sur lit de poudre :
À titre de référence, les procédés PBF hors technologie SAF peuvent utiliser ces mêmes matériaux, en plus d'autres qui peuvent inclure :
Si vous avez remarqué que l'impression sur lit de poudre offre moins de matériaux que les autres technologies additives, votre perception est exacte. La raison principale tient aux difficultés que posent certains polymères pour être transformés en poudre. Tous les plastiques ne possèdent pas les propriétés thermiques équilibrées requises pour s'adapter à la pulvérisation. Cela dit, les matériaux à base de nylon utilisés avec le PBF polymère peuvent couvrir de nombreuses applications. De plus, le développement de matériaux composites à base de nylon remplis de carbone ou de verre se poursuit, offrant ainsi davantage d'options.
Si Stratasys propose la technologie SAF, d'autres procédés de fusion de poudre jouent également un rôle important dans le domaine de la fabrication additive.
Chaque technologie a ses points forts, mais la plateforme SAF de Stratasys se distingue par son efficacité, sa répétabilité et son coût avantageux.
Dans la PPBF, les particules sont préchauffées à une température juste en dessous de leur point de fusion, puis une chaleur supplémentaire est appliquée de manière sélective pour faire fondre les particules dans les zones qui formeront les pièces fabriquées ; ces particules fusionnent entre elles et se solidifient ensuite pour former les pièces fabriquées.
La décoloration résulte souvent de la dégradation thermique de la poudre, en particulier lorsque la poudre réutilisée est exposée à une chaleur prolongée pendant le processus d'impression. Cela peut affecter à la fois l'esthétique et les propriétés mécaniques.
Oui, des matériaux tels que le Rilsan® PA11 sont d'origine biologique et biocompatibles, ce qui les rend adaptés à des applications médicales telles que les orthèses et les prothèses. Les variantes PA12 de qualité médicale sont également certifiées pour le contact avec la peau et une utilisation interne limitée.
Le PA11 est plus ductile, offre une meilleure résistance aux chocs et présente un allongement à la rupture plus important. Le PA12, en revanche, est plus rigide, présente une excellente stabilité dimensionnelle et offre des tolérances plus strictes.
Cela dépend de la technologie spécifique utilisée. Chaque cycle expose la poudre à la chaleur et à l'oxygène, ce qui dégrade sa structure chimique et son imprimabilité. La plupart des systèmes recommandent un taux de renouvellement (ajout de 20 à 50 % de poudre vierge) afin de maintenir la qualité des lots réutilisés. Cependant, grâce au contrôle thermique doux de la technologie SAF, il est possible d'utiliser toute la poudre sans générer de déchets (au-delà de la poudre perdue lors du processus de nettoyage).
Les indicateurs courants comprennent une mauvaise répartition des couches, une résistance inégale des pièces, une fragilité accrue et des défauts visibles à la surface. Une utilisation répétée entraîne également une augmentation de la taille des particules et une oxydation, ce qui réduit les performances de fusion.
Non. La poudre non fondue environnante soutient les surplombs et les caractéristiques complexes, permettant la création de géométries complexes sans avoir besoin de structures de support physiques. Cela simplifie la conception et le post-traitement.
Oui, le polypropylène, qui présente une faible absorption d'humidité et une bonne résistance chimique, peut être utilisé pour produire des pièces étanches à l'eau et à l'air.
En tant que pionnier de la fabrication additive, Stratasys a redéfini le paysage de la fusion sur lit de poudre. La technologie SAF et l'imprimante 3D H350 ont été conçues pour faire passer le processus PBF polymère à un nouveau niveau de performance qui offre aux fabricants des avantages tangibles par rapport au statu quo. La rentabilité, la rationalisation du flux de travail et les caractéristiques de durabilité font de la technologie SAF et de l'imprimante H350 un choix optimal pour l'impression 3D par fusion sur lit de poudre.
Pour en savoir plus, consultez la page Web consacrée à la technologie SAF.
Si vous souhaitez en savoir plus sur la manière de choisir une technologie d'impression 3D, consultez notre guide d'achat. Il offre un aperçu complet de chaque technologie Stratasys, des domaines dans lesquels elles sont les plus adaptées et des éléments à prendre en considération.
