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L’un des plus grands obstacles à l’adoption généralisée de l’impression 3D métallique est qu’il existe encore de grandes lacunes dans la compréhension de ce qui arrive au matériau au cours du processus. Plus précisément, il existe peu d’outils qui peuvent montrer ce qu’il advient de la structure interne de différents métaux lorsqu’ils sont fondus puis solidifiés lors de l’impression. Cependant, ce problème pourrait appartenir au passé. L’Institut national des normes et de la technologie (NIST), l’Institut royal de technologie KTH en Suède et d’autres institutions ont annoncé une avancée dans la capacité de prédire et de contrôler les caractéristiques des pièces métalliques imprimées en 3D. Cela pourrait permettre de rendre l’adoption de l’impression 3D métallique plus facile pour la fabrication à grande échelle. Ce n’est pas la première fois que le NIST s’intéresse à l’impression 3D métal. L’année dernière, peu de temps après que l’administration Biden ait lancé l’initiative AM Forward, l’institution a accordé environ 3,7 millions de dollars de subventions pour surmonter les obstacles actuels et futurs à l’adoption de la fabrication additive métallique. Ces projets se sont concentrés sur des sujets tels que la détermination des propriétés des matériaux clés pour le contrôle de la qualité dans le secteur. Se tourner vers le passé pour améliorer l’impression 3D métallique à l’avenir La nouvelle fait suite à une autre annonce de la NASA selon laquelle elle étudierait davantage les moyens d’améliorer la certification et la qualification des pièces métalliques imprimées en 3D. L’impression 3D ne fait que gagner en popularité grâce à ses avantages en termes de réduction des coûts et de déchets. Cependant, les problèmes liés à la qualification et à la cohérence continue des propriétés des pièces ont rendu difficile une adoption encore plus large. Le NIST espère que cette découverte pourrait changer cela, car elle accordera ce qu’ils considèrent comme un niveau de maîtrise sans précédent sur l’impression 3D métallique. Et pour ce faire, ils se sont tournés vers le passé. Les scientifiques savaient que pour garantir les propriétés des matériaux, il fallait mieux comprendre ce qui se passait pendant les taux de fusion et de refroidissement du métal dans le processus d’impression. Plus précisément, ils devaient comprendre comment les vitesses de refroidissement du métal influencent la structure de la pièce. Cependant, cela s’est avéré difficile à faire car la solidification se produit presque instantanément, ce qui rend presque impossible l’investigation. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont utilisé deux accélérateurs de particules différents pour observer la structure interne de l’acier lors de sa fusion puis de sa solidification lors de l’impression 3D. Des rayons X ont ainsi été générés par les accélérateurs de particules du laboratoire national d’Argonne et de l’Institut Paul Scherrer. Ils étaient suffisamment puissants pour capturer des images des processus, en testant le taux de températures allant de dizaines de milliers à plus d’un million de kelvins par seconde. Les chercheurs ont utilisé la diffraction des rayons X à grande vitesse pour identifier les structures qui se forment dans l’acier lors de son impression 3D (crédits photo : H. König et al. via Creative Commons , adapté par N. Hanacek/ NIST ) Ces résultats ont ensuite été comparés à un modèle informatique développé dans les années 80 qui décrit la solidification des alliages. Ce retour vers le passé n’a pas été fait sans raison. Ce modèle est réputé pour prédire les propriétés des matériaux dans les processus de fabrication traditionnels, mais jusqu’à présent, il n’était pas sûr qu’il soit applicable à la fabrication additive métallique compte tenu des changements rapides de température pendant l’impression. Les chercheurs ont alors découvert que ce qu’ils avaient observé était également prédit dans le modèle. Le modèle informatique a été un outil fiable pour la conception de matériaux dans la fabrication traditionnelle et il semble maintenant qu’il pourrait être utilisé pour l’impression 3D. Le communiqué de presse mentionne que le modèle pourrait être utilisé pour informer les scientifiques et les ingénieurs sur les taux de refroidissement nécessaires pour les premières étapes de solidification du processus d’impression. Cela garantira que la structure optimale apparaîtra dans le matériau souhaité, ce qui rendra l’impression 3D métallique plus fiable dans l’ensemble. Le physicien du NIST, Fan Zhang, co-auteur de l’étude, a conclu : « Fondamentalement, si nous pouvons contrôler la microstructure au cours des premières étapes du processus d’impression, nous pouvons alors obtenir les cristaux souhaités et, en fin de compte, déterminer les performances des pièces fabriquées de manière additive. Le modèle et les données expérimentales sont bien en accord. Quand nous avons vu les résultats, nous étions vraiment excités. Si nous avons des données, nous pouvons les utiliser pour valider les modèles. C’est ainsi que vous accélérez l’adoption généralisée de la fabrication additive à usage industriel. Vous pouvez en savoir plus dans le document de recherche publié dans Acta Materialia ICI. Que pensez-vous de cette recherche du NIST ? Pensez-vous que la fabrication additive métallique sera encore plus largement adoptée par l’industrie ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. *Crédits photo de couverture : Laboratoire de recherche de l’armée CCDC

En 2018, le fabricant américain HP affirme avoir imprimé en 3D 10 millions de pièces, un record qui mérite qu’on s’arrête dessus, surtout quand on sait que l’entreprise a fait son entrée officielle sur le marché de la fabrication additive fin 2014. Sa technologie Multi Jet Fusion est rapidement devenue une référence dans le secteur, de part sa rapidité et son coût. Le fabricant profite du salon AMUG à Chicago pour annoncer de nouveaux partenariats, cas d’applications et pousser ses solutions d’impression 3D vers la production en série. En 2016, HP avait annoncé la création de 3,5 millions de pièces imprimées en 3D dont 50% étaient des pièces finies, prêtes à l’emploi. La croissance du fabricant est donc assez impressionnante, croissance qui se traduit notamment par le lancement de plusieurs machines dont sa solution d’impression 3D métal, la Metal Jet, et ses imprimantes 3D full color, la 380 et la 580. Il fait d’ailleurs partie désormais du top 5 des plus grands revendeurs d’imprimantes 3D, après 3D Systems, Stratasys et EOS. Christoph Schell, Président de l’impression 3D et de la fabrication numérique chez HP Inc., explique : “Plus de 10 millions de pièces ont été produites avec la technologie Multi Jet Fusion de HP au cours de l’année écoulée. Nous assistons à une explosion de nouvelles applications dans tous les secteurs, tirant parti de la liberté de conception, de la rentabilité supérieure, de la vitesse et de la qualité industrielle débloquée par HP et ses partenaires. Tandis que nous continuons à étendre notre portefeuille de matériaux plastiques et de métaux à la fois en prototypage et en production et à développer notre communauté de partenaires mondiaux, nous aidons nos clients à économiser de l’argent, à accélérer la mise sur le marché et à améliorer la durabilité à mesure qu’ils progressent dans leur processus de fabrication numérique.” De nouveaux clients et applications pour HP Avec l’annonce de ce record vient aussi l’annonce de nouveaux clients comme Fast Radius, un service d’impression 3D qui fournit des pièces finales divers clients dans les secteurs de l’automobile, de la défense, de l’industrie, etc. Le plus étonnant est sans doute que le fabricant HP lui-même fasse partie du lot.  En effet, HP applique sa propre technologie d’impression pour réorganiser et produire des pièces pour ses propres machines, notamment plus de 140 composants pour sa gamme Jet Fusion 300/500. Le CEO de Fast Radius, Lou Rassey, explique : “La solution HP Multi Jet Fusion proposé par Fast Radius procurent aux clients d’énormes avantages en termes de conception, de production et de chaîne d’approvisionnement. De la réduction de l’entreposage et de l’obsolescence en passant par une réduction de l’empreinte carbone, notre collaboration avec HP fait véritablement ressortir la valeur réelle de la fabrication additive pour les entreprises du monde entier.” Notons aussi que la livraison des nouvelles imprimantes 3D HP Jet Fusion série 300/500 aurait commencé, à des types de clients très différents. Daimler Trucks North America (DTNA), par exemple, s’appuierait sur l’impression 3D HP Jet Fusion pour accélérer son processus de prototypage. Unlimited Tomorrow, pour sa part, utiliserait cette technologie pour imprimer des prothèses personnalisées en 3D. Sur le plan académique, l’Université Clemson a adopté la gamme Jet Fusion 500/300 de HP pour réinventer ses processus de prototypage et de production. Que pensez-vous de cette nouvelle étape pour HP ? Partagez votre opinion dans les commentaires de l’article.

Shapeways, one of the industry leaders in 3D printing services, has just added a new material to its range to enable the creation of 3D-printed orthoses and prostheses: polyamide 11 (PA11), one of the most widely used materials in selective laser sintering technology. The New York-based company has also announced a partnership with manufacturer EOS, an expert in this 3D printing process. The two partners hope to increase the accessibility of additive manufacturing for healthcare professionals. According to the Wohlers Report 2019, 3D printing materials experienced explosive growth last year – while the report focuses on metals, the fact remains that polyamide powders (or nylon powders in this case) were a resounding success. Their properties are indeed interesting for many industries: they offer high dimensional stability, very high thermal and chemical resistance and low density. Shapeways therefore decided to add this material to its range, supported by manufacturer EOS. Shapeways and EOS, a long-standing collaboration The collaboration between Shapeways and EOS dates back to 2007; the German company was the first to enter into a partnership with the printing service, supplying several industrial machines at the time. This time, Shapeways will offer the EOS P 396 solution, compatible with PA11 – the service hopes to reach the medical sector more effectively. Greg Kress, CEO of Shapeways, states: “When we created the company, we could never have imagined having a presence in the medical sector. We look forward to working in this medical industry and creating products that will change the daily lives of some patients.” This new partnership with EOS and the addition of PA11 should make it possible to 3D print prostheses, orthoses, insoles and other medical devices. Note that the material offered by EOS is said to have greater elongation at break, thus offering more flexibility, a key characteristic in the manufacture of medical devices. Glynn Fletcher, President of EOS North America, continues: “PA11 can transform the way the medical industry uses 3D printing to improve patient outcomes. It also has the advantage of reducing the negative environmental effects generally associated with petroleum-based plastics.” This polyamide is indeed obtained from a bio-sourced product, castor oil. Shapeways and EOS conclude by explaining that the new material can also be used in the 3D printing of robots, drones or electronic enclosures. You can find more information. What do you think of this new material offering? Share your opinion in the article comments

Il existe plusieurs technologies d’impression 3D dans l’industrie, utilisées principalement dans différents secteurs et pour diverses applications. Parmi elles se trouve le frittage sélectif par laser, plus connu sous son acronyme anglais SLS (Selective Laser Sinteting). Comment fonctionne cette technologie ? Quels matériaux peuvent être utilisés ? On vous explique tout ! Le développement du frittage sélectif par laser ou des technologies SLS a débuté dans les années 80 : ce sont les Dr Carl Deckard et Joe Beaman de l’Université du Texas, à Austin aux États-Unis, qui ont développé les bases de la technologie de fusion de poudre. Elles sont compatibles avec une multitude de matériaux, des polymères aux métaux, grâce à l’utilisation d’un laser. Quand on parle de la technologie SLS, on retrouve surtout des polymères plastiques et principalement du nylon. Le développement de cette technologie de frittage de poudre a été brevetée par DTM Corporation, rachetée en 2001 par 3D Systems. D’autres entreprises se sont rapidement spécialisées dans ce processus de fabrication, notamment le chinois Farsoon Technologies en 2009. Notons d’ailleurs qu’un procédé similaire au SLS avait été inventé et breveté en 1979 par R.F Housholder mais n’a jamais été commercialisé. Comment fonctionne le frittage sélectif par laser ou SLS ? Le frittage sélectif par laser permet d’imprimer des objets fonctionnels sans recourir à un liant intermédiaire ou à une éventuelle étape d’assemblage. Avant l’impression, l’objet est conçu à partir d’un logiciel de CAO (CATIA, SolidWorks, ProEngineer par exemple) pour être envoyé à l’imprimante au format numérique. Ensuite, l’impression se fait couche par couche, à partir de poudres frittées, grâce à la température générée par un laser CO2. Afin de démarrer le processus et préparer l’imprimante 3D SLS, le dépôt de poudre et le plateau d’impression sont d’abord chauffés en dessous de la température de fusion du polymère. La première couche de poudre est alors déposée sur le plateau (2). Celle-ci est balayée par le faisceau laser qui provoque le frittage puis la consolidation de la poudre (3). Lorsque la couche est terminée, le plateau s’abaisse et se recouvre de la surface du matériau. Les étapes sont répétées jusqu’à obtenir la pièce solide en 3D identique au fichier CAO d’origine (4). Après impression, les pièces sont complètement enveloppées dans la poudre. Ce bac à poudre doit être refroidi avant de pouvoir être nettoyé et post-traité. Cela peut prendre jusqu’à 12 heures. Par la suite, les pièces sont nettoyées à l’air comprimé ou par un autre moyen de nettoyage et sont prêtes à être utilisées. Les matériaux du frittage sélectif par laser Les technologies de frittage de poudre permettent de fabriquer des objets dans une large gamme de matériaux, bien que, lorsque nous parlons de la technique SLS, nous parlons de polymères plastiques. Le plus commun est le polyamide (PA 12), plus connu sous le nom de Nylon 12. Elle est également compatible avec du polypropylène, de l’alumide, du carbonmide, du PEBA, du PA11 et du PEEK. Il est également possible d’ajouter des fibres aux matériaux tels que les fibres de carbone, de verre ou d’aluminium, améliorant ainsi le comportement mécanique des pièces. La plupart des utilisations initiales de cette technologie ont été liées au développement de prototypes, mais à mesure que les matériaux deviennent de plus en plus résistants et que les prix des imprimantes 3D SLSsont devenus moins chers, on tend vers la production de pièces finales. Acteurs et Développements La technologie SLS est utilisée dans plusieurs domaines, de la conception à l’industrie automobile, en passant par l’aérospatial, l’ingénierie, etc. Il y a quelques années encore, les principaux fabricants d’imprimantes 3D du frittage sélectif par laser étaient 3D Systems et EOS GmbH, principalement spécialisés dans le secteur professionnel. Ce dernier fabricant est le seul à avoir développé des machines SLS capables d’imprimer avec des thermoplastiques hautes performances tels que PEEK. En 2014, le brevet de cette technologie a expiré, ce qui a permis à de nombreux acteurs de se distinguer comme Natural Robotics et sa machine VIT ou Formlabs et sa nouvelle Fuse 1. Il est ainsi possible de démocratiser ces technologies et de les rapprocher d’un plus grand nombre d’utilisateurs. Dans la vidéo suivante, l’équipe Xometry explique en détail un peu plus la technologie SLS : Et vous, utilisez-vous la technologie de frittage sélectif par laser ? Partagez votre opinion en commentaires de l’article.