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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1706 (A57-220) du 22/04/2020 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1706+A1 d'août 2021 : Aluminium et alliages d'aluminium - Pièces moulées - Composition chimique et propriétés mécaniques
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).
La norme NF EN 1706 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1706 (A57-220) : Aluminium et alliages d'aluminium - Pièces moulées - Composition
chimique et propriétés mécaniques (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2004 (Mai 2020).
RÉSUMÉ
La fusion laser sélective de lit de poudres métalliques est une technique de fabrication additive qui permet la réalisation de pièces complexes jusqu'à de moyennes séries pour des secteurs industriels variés comme l’industrie médicale ou l’aérospatiale. Afin de tirer le meilleur parti de cette technologie, il est nécessaire de l’intégrer dans une chaîne de valeur complète allant de la conception aux post-traitements. Cet article traite de cette chaine de valeur. Après une décennie d’existence commerciale, cette technologie évolue vers un cadre normatif en cours de construction au niveau mondial.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
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Lucas SEGUY : Ingénieur R&D - CETIM, Les Loges-en-Josas, France
-
Florence DORÉ : Docteure ingénieure R&D - CETIM, Saint-Étienne, France
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Fabien SOUBRAS : Spécialiste fabrication additive et procédés - CETIM, Bourges, France
-
Arnold MAUDUIT : Expert fellow alliages d’aluminium et matériaux métalliques légers - CETIM, Bourges, France
INTRODUCTION
La norme NF EN ISO/ASTM 52900 définit la fabrication additive comme l’ensemble des procédés consistant à assembler des matériaux pour fabriquer des pièces à partir de données de modèle 3D, en général couche après couche, à l’inverse des méthodologies de fabrication soustractive et de fabrication mise en forme.
Les procédés de fabrication additive métallique peuvent être séparés en deux grandes classes définies par le mode de consolidation de la pièce imprimée :
• procédés directs avec fusion : nécessitent une seule étape de consolidation (ex. : fusion sur lit de poudre – PBF, dépôt de matière sous flux d’énergie concentrée – DED). Ces technologies ont généralement un niveau de maturité permettant une appréhension totale de la chaîne de la valeur ;
• procédés indirects sans fusion : nécessitent plusieurs étapes de consolidation (ex. : impression 3D sable + fonderie, Metal Binder Jetting – MBJ/stéréolithographie/dépôt fil/projection de matière + frittage + couche solide métallique + brasage/soudage diffusion). Les technologies s’appuyant sur des mélanges métal + liant possèdent une maturité industrielle croissante ces dernières années.
L’évolution des procédés de fabrication additive entraîne naturellement l’apparition de nouvelles solutions de fabrication permettant de lever certains verrous technologiques comme l’augmentation de la productivité, l’amélioration des états de surface des pièces, la réduction des contraintes géométriques, ou encore la réduction de la quantité de supports pour la fabrication de formes complexes.
Cet article sur la fusion laser sur lit de poudre (PBF-LB – Powder Bed Fusion-Laser Beam) traite du processus de production depuis la caractérisation de la poudre jusqu’à la réalisation des post-traitements thermiques et de finition en passant par la conception et la fabrication, nécessaire pour assurer un bon niveau de qualité.
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MOTS-CLÉS
fusion laser sélective dentaire médical aéronautique aérospatial outillage d'injection matériaux et conception adaptée
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2016 par Sébastien PILLOT
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2. Principe et processus de production du PBF-LB
2.1 Principe général
Le procédé PBF-LB consiste, à l’aide d’un laser, d’apporter de l’énergie de manière ciblée sur un lit de poudre afin de solidifier sélectivement une section 2D de la pièce à fabriquer. Ceci induit localement la fusion de la matière par absorption de l’énergie du laser. Cette opération est répétée jusqu’à construction complète du composant par superposition de couches.
Après chaque étape de fusion d’une couche, la plateforme de fabrication est abaissée d’une hauteur prédéterminée pour pouvoir déposer une nouvelle épaisseur de poudre. Le laser effectue un nouveau passage sélectif pour fusionner une section additionnelle du composant.
La fabrication est réalisée dans une chambre sous gaz neutre (azote ou argon en général) pour l’inertage. En complément, un flux du même gaz au-dessus de la plateforme de fabrication permet de chasser les éjectas (éjection de particules non ou partiellement fusionnées), mais aussi les fumées de soudage. Les machines utilisent un ou plusieurs lasers de plusieurs centaines de watts dirigés par des miroirs d’orientation (figure 2). L’approvisionnement de poudre dans l’enceinte de fabrication se fait par une trémie, par des tiroirs, ou via un bac d’alimentation. La mise en couche et l’étalement s’effectuent par une râcle, un peigne ou un rouleau.
La construction est réalisée à partir d’une plateforme de fabrication plane et nécessite des supports (section 2.2.5), en particulier pour former les surfaces en contre-dépouille (figure 3). Plus rarement, la fabrication peut se faire directement à partir d’une pièce avec une surface plane servant de substrat. C’est le cas notamment pour des applications d’éléments d’outillages de conformal cooling. Contrairement à des procédés tels que le frittage laser polymère ou le Metal Binder Jetting, les poudres métalliques non fondues ne permettent pas de supporter l’édification (poudres non autoportantes).
À l’issue de la fabrication, une phase de dépoudrage est opérée ; elle permet de récupérer l’essentiel...
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Principe et processus de production du PBF-LB
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARLIER (C.), BERNARD (A.) - Fabrication additive – Du prototypage rapide à l’impression 3D. - 2e édition (2020).
-
(2) - GIBSON (I.), ROSEN (D.), STUCKER (B.) - Additive Manufacturing Technologies. - Springer – 2e édition (2015).
-
(3) - GU (D.) - Laser Additive Manufacturing of High-Performance Materials. - Springer (2015).
-
(4) - VERQUIN (B.) - Fabrication additive métallique. - Les fondamentaux (2019).
-
(5) - VERQUIN (B.), PILLOT (S.) - Du prototypage à la fabrication directe. - Lundi de la mécanique du Cetim, communication technique (2010).
-
(6) - VERQUIN (B.), HOGUIN (S.), REYNAUD (C.), QUENTIN (C.) - Metal Additive Manufacturing – The essentials. - Conférence...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Fabrication additive – Principes généraux – Fondamentaux et vocabulaire. - NF EN ISO/ASTM 52900 - 2021
-
Fabrication additive – Matières premières – Méthodes pour caractériser les poudres métalliques. - NF EN ISO/ASTM 52907 - 2019
-
Fabrication additive de métaux – Essais et évaluations non destructifs – Classification des imperfections dans les pièces PBF-LB. - NF EN ISO/ASTM 52948 - 2023
-
Implants chirurgicaux – Matériaux métalliques – Partie 4 : alliage de fonderie en cobalt, chrome et molybdène. - NF ISO 5832-4 - 2024
-
Aluminium et alliages d’aluminium – Pièces moulées – Composition chimique et propriétés mécaniques. - NF EN 1706+A1 - 2021
-
Fabrication additive – Principes de qualification – Installation, fonctionnement et performances (IQ/OQ/PQ) de l’équipement de PBF-LB. - XP CEN ISO/ASTM 52930 - 2022
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs de machines de fusion laser sur lit de poudre (liste non exhaustive)
3D SYSTEMS :
ACONITY 3D :
ADDUP :
AEROSINT :
CONCEPT LASER (GENERAL ELECTRIC) :
DMG MORI :
EOS :
FARSOON :
MATSUURA :
https://www.matsuura.co.jp/english/
RENISHAW :
NIKON SLM SOLUTIONS :
https://nikon-slm-solutions.com/
TRUMPF :
VELO 3D :
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