Une imprimante 3D pourrait remplacer les procédés manufacturiers de pièces en métal

Les imprimantes 3D permettent de créer des pièces artistiques complexes en plastique ou en papier et sont aussi reconnues pour leur utilité dans la fabrication de prothèses auditives et dentaires. Les imprimantes 3D les plus courantes et abordables (environ 1 000 $) utilisent la méthode par dépôt de fil en fusion ou Fused deposition modeling (FDM) comme montré dans la vidéo suivante.

Il existe aussi des imprimantes 3D qui produisent des pièces en métal. Toutefois, le métal est plus difficile à imprimer que le plastique, car sa température de fusion est considérablement plus élevée. Par exemple, les températures de fusion du plastique peuvent varier de 180 °C à 320 °C, tandis que la température de fusion des métaux comme l’aluminium est de l’ordre de 660 °C et celle des aciers à haute teneur en carbone, de 1 370 °C. De plus, les pièces de métal doivent subir plusieurs traitements à haute température pour assurer le respect des propriétés mécaniques désirées.

Une des méthodes utilisées dans la production de pièces de métal consiste en l’utilisation de lasers. Toutefois, cette méthode est laborieuse en plus d’être chère. En effet, elle nécessite l’investissement de millions de dollars pour l’achat d’équipements encombrants ainsi que pour l’alimentation en énergie des imprimantes. Cette méthode peut impliquer l’utilisation de lit de poudre métallique, ce qui peut être dangereux pour les utilisateurs, et donc exige des procédures de protection.

Pour toutes ces raisons, plusieurs grandes entreprises, comme General Electric et HP, tentent de modifier les méthodes d’impression 3D du métal. Une nouvelle entreprise qui a vu le jour en 2015, Desktop Metal, pourrait avoir trouvé la solution pour imprimer en 3D le métal. Elle prévoit lancer la production de ses nouveaux systèmes d’impression d’ici 2018. Elle est formée de plusieurs spécialistes, dont quatre professeurs du MIT. Un des professeurs, Emanuel Sachs, est un pionnier de l’impression 3D, étant l’un des premiers à avoir déposé des brevets sur l’impression 3D en 1989.

Fonctionnement

Le système d’impression de Desktop Metal est constitué de trois équipements différents. Il y a d’abord le système Studio, composé d’une imprimante et d’un four, dont le prix d’achat est d’environ 120 000 $ US. Ce système est conçu principalement pour les concepteurs et les ingénieurs, car il permet la production rapide de pièces pouvant être utilisées lors d’essais avant la production de masse. Il ne nécessite pas une grande surface contrairement aux imprimantes laser et il est simple d’utilisation. Contrairement aux méthodes par laser, l’imprimante extrude les pièces de manière similaire aux imprimantes par dépôt de fil en fusion. Cette méthode ne comporte donc aucun danger pour les utilisateurs et élimine le besoin de procédures de sécurité spéciales.

Pour produire une pièce, on doit d’abord en faire la conception et ensuite utiliser le logiciel de l’entreprise. Ensuite, l’imprimante Studio imprime couche par couche, chacune d’une hauteur minimale de 50 microns, soit le diamètre d’un cheveu, un mélange de poudre métallique et un liant de polymère. La pièce ainsi imprimée ne possède pas encore les propriétés mécaniques recherchées à cause du liant de polymère. Il faut donc ensuite utiliser le four qui chauffe la pièce près de son point de fusion. Finalement, on peut travailler le fini de la surface de la pièce. L’imprimante Studio permet de construire des pièces d’un volume de 30,5 sur 20,5 sur 20,5 cm et peut imprimer à une vitesse de 16 cm³ par heure. Le fonctionnement du système Studio est présenté dans cette vidéo :

Le système Production, aussi composé d’une imprimante et d’un four, utilise la même procédure que le système Studio. Le volume possible d’impression est plus important pour cette imprimante, 33,0 sur 33,0 sur 33,0 cm³, et elle est considérablement plus rapide, 8 200 cm³ par heure. L’entreprise affirme que leur nouvelle imprimante est 100 fois plus rapide que les imprimantes laser et engendre 20 fois moins de frais que les systèmes manufacturiers actuels.

L’imprimante Production fonctionne par la méthode single pass jetting, qui correspond en fait à un grand module mobile divisé en deux sections de dépôt de poudre métallique ayant plus de 32 000 jets et une section de dépôt de liant de polymère. L’impression se fait en une seule passe rapide en propulsant des millions de gouttelettes par seconde.

Il y aurait plus de 200 alliages de métaux compatibles avec la nouvelle technologie de Desktop Metal, des aciers et de l’aluminium jusqu’aux superalliages et au titane. Desktop Metal pourrait donc concurrencer les procédés manufacturiers actuels.