En un coup d’œil : La fusion en lit de poudre SAF™ (PBF) de Stratasys utilise un agent absorbant l’infrarouge et de la chaleur pour fusionner la poudre polymère en pièces isotropes et de haute précision, offrant un imbricage efficace, des cycles rapides, des matériaux recyclables et une production évolutive dans l’aérospatiale, l’automobile, la santé et plus encore.
Si vous trouvez que le sujet de l’impression 3D vous semble confus ou trop lourd, vous n’êtes pas seul. Il y a beaucoup de choses à considérer. Mais plus vous en apprendrez, plus l’image deviendra claire. Un bon point de départ est de se familiariser avec les différentes technologies de fabrication additive (AM) – 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 par lit de poudre – afin que vous puissiez mieux comprendre comment elle est utilisée, où elle s’intègre et quand la considérer.
La fusion en lit de poudre (PBF) est un procédé sophistiqué de fabrication automatique qui construit les pièces couche par couche à partir d’un lit de matériau finement poudré. La méthode utilise unesource d’énergie n — généralement un laser, un faisceau d’électrons (dans le cas des métaux) ou une autre source de chaleur — pour fusionner sélectivement des régions de la poudre d’impression 3D en structures solides basées sur une conception numérique. La poudre inutilisée entourant chaque partie sert de support naturel, permettant la création de géométries complexes sans nécessiter d’échafaudages supplémentaires (sauf pour le métal).
Le procédé de fusion par lit de poudre est divisé en plusieurs grandes catégories, différenciées par la méthode de chauffage utilisée :
Chaque approche partage le principe fondamental de construire des pièces à partir d’un lit de poudre, mais le mécanisme de fusion et les matériaux appropriés varient, ce qui influence leurs cas d’usage idéaux. Bien que le métal représente une grande part de marché du PBF, cet article de blog se concentrera spécifiquement sur l’impression 3D en polymère PBF.
Le procédé de fusion par lit de poudre peut être décomposé en une série d’étapes précises. D’abord, une fine couche de poudre préchauffée est étendue sur la plateforme de construction. Ensuite, une source d’énergie thermique fusionne sélectivement la poudre selon la section efficace du modèle numérique. Une fois une couche fusionnée, la plateforme de construction 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 parties soient complètement formées. Une fois la construction terminée, les pièces refroidissent dans le lit à poudre. Après le refroidissement, toute poudre lâche restante est retirée, souvent pour être réutilisée lors de futures impressions. Des étapes supplémentaires de post-traitement comme le sablage de billes, la teinture ou le lissage par vapeur peuvent être nécessaires selon les exigences de conception.
Un aspect affectant les matériaux de fusion du lit de poudre est leur dégradation finale. L’exposition au procédé d’impression détériore les propriétés thermiques du matériau. En conséquence, le procédé PBF nécessite que la poudre usagée soit rafraîchie avec un mélange de poudre nouvelle, la quantité dépendant des capacités de la technologie de fusion à lit de poudre spécifique et de l’imprimante utilisée. La poudre inutilisable devient un sous-produit résiduel du processus.
Comme d’autres formes d’impression 3D, le procédé PBF offre une liberté de conception quasi illimitée ainsi qu’une efficacité en temps et en coûts par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication. Cependant, quelques caractéristiques le distinguent des autres méthodes de fabrication additive :
Un autre avantage de l’impression 3D par plateau à poudre, parfois négligé, est sa capacité à produire des pièces presque isotropes – des pièces aux propriétés mécaniques cohérentes dans toutes les directions. Cela est avantageux pour les composants fonctionnels critiques porteurs. En revanche, certains autres procédés AM créent des pièces anisotropes où des caractéristiques, telles que la résistance, diffèrent selon les axes de construction. Cela crée une variabilité des propriétés mécaniques à travers la géométrie de la pièce, comme une résistance dans un sens et moins forte dans une autre.
Contrairement à de nombreux procédés d’impression 3D, les pièces en polymère PBF 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 s’étend à la production en série.
En raison des avantages offerts par l’impression en lit de poudre, elle a des applications dans pratiquement toutes les industries impliquées dans une forme de fabrication.
Malgré ses points forts, l’impression 3D avec fusion en lit de poudre comporte des éléments qui méritent une évaluation attentive.
Le coût des équipements est l’un des plus élevés parmi les technologies additives.
Les options de matériaux s’élargissent mais d’autres technologies de polymère AM offrent plus d’options.
Selon vos applications, d’autres formes d’AM comme FDM®, PolyJet™ ou P3™ DLP pourraient mieux convenir, car elles n’ont pas les mêmes exigences d’installation 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 en place, et les nouveaux développements continuent de pousser ses capacités.
Ensemble, ces innovations rendent la fusion par lit de poudre plus accessible, efficace et puissante.
Stratasys apporte son expertise AM 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 l’infrarouge déposé par les têtes d’impression industrielles et les lampes chauffantes infrarouges pour fusionner sélectivement les poudres polymères.
Conçue pour remédier aux défauts des options existantes de PBF polymère, l’innovation derrière l’imprimante H350 et la technologie SAF offre aux fabricants plusieurs avantages clés au-delà des options PBF actuelles 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 à volume final accru, tout en minimisant les coûts d’exploitation et en rationalisant les flux de travail. Mais plus important encore, la technologie SAF a été développée pour améliorer la technologie actuelle des polymères PBF.
Parmi les points forts où l’imprimante 3D H350 et la technologie SAF répondent aux problèmes de l’impression 3D actuelle à plateau de poudre :
L’imprimante H350 utilise un mode d’impression unidirectionnel breveté contre une méthode bidirectionnelle utilisée sur des 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 tout le plateau d’impression, ce qui donne des pièces précises tout au long de la construction et un rendement élevé.
L’imprimante H350 atteint des densités de nesting allant jusqu’à 43 % avec pratiquement aucun gaspillage de matériaux. D’autres systèmes de fusion en lit 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, diminuant ainsi le coût par pièce.
Le logiciel GrabCAD Print Pro™ peut générer des rapports de compilation automatiques avec traçabilité des travaux sans coût supplémentaire, ce qui n’est pas possible avec les systèmes concurrents. Les réglages d’impression sont également personnalisables, vous permettant d’ajuster selon les besoins pour vous adapter à différentes applications.
L’imprimante H350 affiche le coût énergétique le plus bas par kilogramme de pièces imprimées de sa catégorie, basé sur des tests consécutifs contre la concurrence. Elle a également une surface plus réduite, permettant d’installer deux imprimantes dans le même espace qu’un système concurrent. Des espaces plus petits entraînent une diminution des besoins en contrôle de la température et de l’humidité, contribuant ainsi à une empreinte carbone globalement plus faible de la technologie.
L’accessoire PowderEase™ T1 simplifie la manipulation des poudres grâce à la démontage automatique, la récupération des pièces et le dosage en poudre. Cela réduit considérablement la main-d’œuvre nécessaire pour traiter les pièces après l’impression, permettant aux clients de se concentrer sur d’autres tâches. Elle améliore également la sécurité et l’efficacité au travail en réduisant la manipulation manuelle de la poudre, en limitant l’exposition à la poussière et en récupérant plus efficacement la poudre inutilisée.
En plus de ces avantages, une innovation marquante en matière de durabilité avec la technologie SAF est SAF ReLife PA12. Cette capacité permet à la poudre résiduelle PA12 usagée provenant du SAF et d’autres technologies à base de poudre d’être utilisée dans l’imprimante 3D H350. Cette approche éco-responsable peut réduire les émissions de carbone jusqu’à 90 %, transformant ainsi les déchets en valeur.
La technologie PBF SAF utilise actuellement trois types de polymères de fusion à lit de poudre :
À titre de référence, les procédés PBF en dehors de la technologie SAF peuvent utiliser ces mêmes matériaux en plus d’autres qui peuvent inclure :
Si vous avez remarqué que l’impression en lit à poudre offre moins de matériaux que d’autres technologies additives, votre perception est juste. La principale raison est liée aux défis que certains polymères posent pour les transformer en poudre. Tous les plastiques ne possèdent pas les propriétés thermiques équilibrées nécessaires à l’adaptabilité à la poudreuse. 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 remplis de carbone ou de verre à base de nylon se poursuit, offrant davantage d’options.
Bien que Stratasys propose la technologie SAF, d’autres procédés de fusion en lit de poudre jouent également un rôle important dans le paysage des additifs.
Chaque technologie présente ses points forts, mais la plateforme Stratasys SAF se distingue par son efficacité, sa répétabilité et son économie favorable.
