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Fabrication additive de pièces en titane par fusion sélective de lit de poudre

Article de référence | Réf : N4807 v1

Intérêt technique et technico-économique par rapport aux procédés conventionnels
Élaboration de pièces céramiques par fabrication additive

Auteur(s) : Thierry CHARTIER, Vincent PATELOUP, Christophe CHAPUT

Date de publication : 10 févr. 2018

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5. Intérêt technique et technico-économique par rapport aux procédés conventionnels

Les céramiques techniques sont des matériaux très recherchés du fait de leurs propriétés thermique, mécanique et/ou électrique remarquables ; cependant, leur coût de fabrication élevé a été pendant longtemps un frein à leur développement. En effet, la fabrication de pièces céramiques techniques nécessite généralement le passage par une étape préalable de formulation de la poudre avec des auxiliaires organiques avant l’obtention des pièces crues par un procédé céramique. Les pièces crues sont ensuite soumises à des traitements thermiques permettant d’éliminer le liant (traitement à basse température, typiquement inférieur à 600 °C) et de densifier le matériau (traitement à haute température généralement > 1 300 °C).

Les procédés conventionnels sont : le pressage, le coulage, l’injection, l’extrusion (figure 35). L’usinage est possible mais reste marginal dû au coût élevé des outils diamantés utilisés.

La complexité de mise en œuvre et le coût de développement élevé des céramiques techniques ont conduit à réserver majoritairement leur usage à des marchés de grand volume : joints de mitigeur, nids d’abeille pour pot catalytique, filtres à particules, buse de pulvérisation pour l’agriculture… C’est pourquoi, le développement de l’impression 3D céramique, depuis les années 2000, a constitué une opportunité majeure pour les céramiques techniques en permettant de réduire les coûts et les temps de développement et donc de tester plus aisément les matériaux dans leurs futures conditions d’usage. De plus, la modélisation numérique et l’utilisation de logiciels de simulation de plus en plus performants au service de l’impression 3D a permis d’ouvrir la voie à un nouveau segment de marché constitué de pièces de géométries très complexes non réalisables par les procédés traditionnels.

La plupart des avantages habituellement attribués à la fabrication additive peuvent également être appliqués à l’impression 3D de céramiques techniques :

géométrie des pièces ;
accessibilité accrue du procédé ;
réduction...

BIBLIOGRAPHIE

(1) - CHUA (C.K.), LEONG (K.F.), LIM (C.S.) - Rapid Prototyping : Principles and Applications (with Companion CD-ROM). - 2nd ed. World Scientific (2003).
(2) - REQUICHA, VOELCKER - Solid Modeling : A Historical Summary and Contemporary Assessment. - IEEE Comput Graph Appl ; 2 :9-24. doi :10.1109/MCG.1982.1674149 (1982).
(3) - HULL (C.) - * - . – Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography, (n.d.).
(4) - DECKARD (C.) - * - . – Method and apparatus for producing parts by selective sintering, (n.d.).
(5) - ZOCCA (A.), COLOMBO (P.), GOMES (C.M.), GÜNSTER (J.) - Additive Manufacturing of Ceramics : Issues, Potentialities, and Opportunities. - J Am Ceram Soc ; 98 :1983-2001. doi :10.1111/jace.13700 (2015).
(6) - SACHS (E.),...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

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Stéréolithographie par photopolymérisation.
Fusion laser sélective de lit de poudres métalliques.
Fabrication additive – Principes généraux.
Techniques de caractérisation des céramiques.
Fabrication additive : contrôles.
L'impression...

1 Normes et standards

L’Union de normalisation de la mécanique se charge, via sa commission UNM 920, de recenser l’ensemble des normes ISO et CEN traitant de la fabrication additive.

( http://www.unm.fr/main/core.php?pag_id=53&=249)

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2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Machines de fabrication additive céramique par technologie SLS :

Phenix systems

http://www.phenix-systems.com/fr

Machines de fabrication additive céramique par stéréolithographie :

3DCeram

http://3dceram.com/

Machines de fabrication additive céramique par jet d’encre :

Ceradrop

http://www.ceradrop.com/en/

Machines de fabrication additive céramique par aérosol :

Optomec

https://www.optomec.com/

Machines de...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - PRINCIPES DE LA FABRICATION ADDITIVE DE PIÈCES CÉRAMIQUES

1.1 - Problématique de l’accessibilité
1.2 - Problématique du matériau
1.3 - Problématique de la description topologique de la pièce à réaliser
1.4 - Problématique de la précision dimensionnelle et géométrique

2 - CHAÎNE NUMÉRIQUE ASSOCIÉE À LA FABRICATION ADDITIVE DE PIÈCES CÉRAMIQUES

2.1 - Modèle maillé
2.2 - Modèle maillé orienté
2.3 - Modèle maillé orienté avec supports
2.4 - Modèle tranché
2.5 - Trajets de dépôt/consolidation de matière
2.6 - Commande de la machine

3 - CLASSIFICATION DES PROCÉDÉS DE FABRICATION ADDITIVE

3.1 - Procédés à base de matériaux solides 0D
3.2 - Procédés à base de matériaux solides 1D
3.3 - Procédés à base de matériaux solides 2D
3.4 - Procédés à base de suspensions ou pâtes
3.5 - Synthèse

4 - DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES

4.1 - Consolidation d’un lit de poudre par dépôt de liant (Binder Jetting)
4.2 - Impression jet d’encre (Ink-Jet Printing)
4.3 - Découpe et thermocompression (Laminated Object Manufacturing)
4.4 - Dépôt par aérosol (Aerosol Jet Printing)
4.5 - Frittage laser de poudres (Selective Laser Sintering)
4.6 - Extrusion 3D (Robocasting – Fused Deposition Modeling)
4.7 - Stéréolithographie (Stereolithography)
4.8 - Comparaison des différentes technologies présentées

5 - INTÉRÊT TECHNIQUE ET TECHNICO-ÉCONOMIQUE PAR RAPPORT AUX PROCÉDÉS CONVENTIONNELS

5.1 - Géométrie des pièces
5.2 - Accessibilité accrue du procédé
5.3 - Réduction du temps, de l’espace et du coût de production
5.4 - Comparaison des différents procédés de fabrication des pièces en céramique technique

6 - INDUSTRIALISATION ET CONTRÔLE QUALITÉ

7 - CONCLUSION

8 - GLOSSAIRE

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