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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)
-
Lucas SEGUY : Ingénieur R&D - CETIM, Les Loges-en-Josas, France
-
Florence DORÉ : Docteure ingénieure R&D - CETIM, Saint-Étienne, France
-
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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4. Post-traitements et contrôles
À la sortie de la machine, les pièces ne sont pas terminées et nécessitent des opérations de post-traitement. Comme illustré dans le processus de production présenté en figure 4, on observe des opérations de dépoudrage/nettoyage, des revenus de détente, de découpe, de traitements thermiques de qualité, de finition et de contrôle afin de respecter le cahier des charges.
4.1 Dépoudrage
À la fin de la fabrication additive, les pièces accrochées à la plateforme sont immergées dans un volume de poudre non fusionnée. Une grande partie de cette poudre est récupérée, recyclée pour être réutilisée pour des fabrications ultérieures. L’étape de dépoudrage est gérée différemment selon chaque type de machine PBF-LB, généralement par aspiration. Il reste toujours une petite quantité de poudre emprisonnée dans les supports ou des zones non accessibles par le système de dépoudrage. Cette matière résiduelle n’est pas recyclée. Pour les opérations de dépoudrage dans lesquelles l’opérateur peut être en contact avec la matière pulvérulente, il est indispensable de porter des équipements de protection individuels. Pour certaines machines, toute la phase de dépoudrage est faite en machine fermée.
HAUT DE PAGE4.2 Traitements thermiques
La matière fusionnée brute de fabrication PBF-LB a une microstructure hétérogène généralement plus fine que celles issues des procédés conventionnels, dense si la paramétrie est optimale et souvent constituée de grains allongés dans la direction de fabrication, ce qui génère une anisotropie des propriétés. Du fait des cinétiques rapides de refroidissement lors de la fabrication, la microstructure brute est ordinairement dans un état métastable avec de fortes contraintes résiduelles en fonction du matériau.
Dès lors, un ensemble de post-traitements thermiques peut s’avérer nécessaire afin de diminuer les contraintes résiduelles, homogénéiser...
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Post-traitements et contrôles
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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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