Fabrication additive : gaz industriels et technologies d’impression 3D industrielle
Les procédés de fabrication additive ou système d’impression 3D industrielle permettent la conception de nouvelles pièces à géométries complexes, ou avec des fonctionnalités nouvelles dans des secteurs aussi variés que l’industrie aéronautique, l’énergie, la fabrication d’outillage ou de prototypes. Toutes ont un point commun: la construction d’un objet par ajout de matière, grâce au dépôt successif d’une fine couche de matériau.
Dans la plupart des procédés de fabrication additive, tout au long de la chaîne de valeur, les gaz assurent des fonctions primordiales pour garantir la qualité finale des pièces, et réduire leur temps de production :
- sécurité du procédé (protection contre le risque d’inflammation des poudres),
- protection contre l’oxydation et l’humidité des matériaux
Retrouvez toutes nos solutions pour la fabrication additive
Air Liquide vous propose des gaz et des mélanges gazeux qui répondent aux exigences de qualité de toutes les techniques liées à la fabrication additive.
Avez-vous des questions sur la fabrication additive et l'impression 3D industrielle ?
Nos experts vous assistent dans votre projet en vous proposant les solutions les plus adaptées à vos besoins.
eBook
Fabrication additive métallique
Conseils et bonnes pratiques pour la fusion laser
La fabrication additive (AM), aussi appelée impression 3 D industrielle, prend de l'ampleur à mesure qu'elle évolue vers de la production en série. Dans cet e-book Air Liquide et l'Institut Fraunhofer vous partagent les nouvelles idées et technologies pour la fusion sélective par laser ainsi que des conseils pour une intégration réussie de votre installation de fabrication additive en production.
Qu'est ce que la fabrication additive ?
La fabrication additive métallique est aussi appelée fusion laser métal ou impression 3D métal. Elle consiste à fabriquer une pièce à partir de fines couches de poudre métallique mises en fusion par un faisceau laser couplé à un modèle CAO de la pièce à produire. La pièce est alors construite couche par couche contrairement à l’enlèvement de matière lors de l’usinage.
Les secteurs du spatial, du médical, de la défense, du désign utilisent de plus en plus ce procédé. Pour ce procédé, plus la pièce est complexe et plus le procédé devient économique.
Le marché de la fabrication additive transforme les modes de production grâce à une réduction des délais de développement et de fabrication de pièces à haute valeur ajoutée dans tous les domaines de la mécanique en particulier de l’aéronautique et du spatial.
La fabrication des poudres métalliques
Les poudres métalliques utilisées souvent dans la méthode de fabrication additive sont majoritairement produites par un système dit d’atomisation gazeuse. La stabilité des paramètres de production tels que la pression et la température de l’Argon ou de l’Azote, est cruciale pour assurer la qualité des poudres produites de façon à optimiser la granulométrie des poudres pour le marché de la fabrication additive.
La qualité des pièces dépend de la qualité des poudres. Une conservation correcte et un recyclage maîtrisé contribue à limiter leur oxydation.
La fabrication de pièces avec les différentes technologies d’impression 3D
Les différentes familles de procédé sont classées selon les normes ISO et ASTM:
- L’extrusion de matière (Material Extrusion): procédé par extrusion de fil (Fused Deposition Modeling / FDM). Au-delà des applications pour imprimer en 3D destinées au grand public, aussi utilisée en fabrication industrielle.
- Projection de liant (Binder Jetting): matériaux allant de la céramique, polymères et plastiques, à certains métaux sous forme de poudre.
- Projection de matières (Material Jetting): de fines particules sont déposées puis solidifiées (ex: photopolymers).
- Dépôt de matière sous énergie concentrée (Directed Energy Deposition / DED): le matériau d'impression est directement fondu par une source d’énergie utilisant un laser ou un arc électrique. L’Argon et des mélanges Ar-CO2 sont employés ici.
- La fusion sur lit de poudre (powder bed fusion / PBF) pour les métaux, plastiques ou polymers permet déjà aujourd’hui de réaliser de nombreuses pièces industrielles en production de série. La source d’énergie du procédé de fusion sur lit de poudre est souvent un Laser (Selective Laser Melting / SLM, Selective Laser Sintering / SLS, Direct Metal Laser Sintering / DMLS…). L’argon ou l’azote sont utilisés en gaz de protection. Le faisceau d’électron (Electron Beam Melting EBM) est parfois rencontré pour les pièces métalliques. Dans ce cas, l’hélium est utilisé avec une faible contre pression Helium pour éviter les projections.
- Stratification de couches (Sheet Lamination / SL) : technique pour imprimer par superposition de couches successives de feuilles liées ou collées ensemble par liant.
- Photopolymérisation en cuve (Vat Photopolymerization) comme la stéréolithographie (SLA) qui vient solidifier sélectivement un photopolymère liquide.
La fabrication additive et les opérations de parachèvement
Après la phase de construction, les pièces font l’objet d’opérations de parachèvement:
- Le refroidissement sous atmosphère neutre, azote ou argon.
- La suppression des supports, fabriqué avec la pièce
- Le nettoyage, possiblement avec le procédé de nettoyage avec du dioxyde de carbone sous forme supercritique.
- Le traitement de détensionnement pour évacuer les contraintes résiduelles
- Des traitements thermiques sous atmosphère contrôlé complémentaires éventuels pour conférer aux pièces les caractéristiques mécaniques
- Traitement de surface pour atteindre l’état de surface visé (rugosité par exemple) ou usinage, ou cryo usinage (sans huile) si besoin
La fabrication additive est en constant développement, l'actualité est riche d'innovations. Ces dernières années, la substitution des méthodes de fabrication traditionnelle par les technologies de fabrication additive présentent indéniablement des avantages (design optimisé, pièces plus légères, prototypage rapide, simplification de la chaîne logistique, optimisation du coût global de la pièce ...). Pour tirer pleinement profit de ce potentiel, il convient de considérer ce mode de fabrication dès l’étape de conception de la pièce.
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Fabrication Additive
Erpro & Sprint nous fait confiance
Les procédés de fabrication additive (additive manufacturing) utilisent des gaz tels que l'argon, l'azote ou l'hélium. Les gaz assurent des fonctions primordiales dans ces procédés pour en garantir le résultat final de qualité:
-protection contre le risque d’inflammation des poudres,
-protection contre l’oxydation et l’humidité des matériaux en fusion.
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Nos experts vous répondront dans les plus brefs délais.Les gaz dans les procédés de fabrication additive (additive manufacturing) permettent d'obtenir un résultat final de qualité. Air Liquide est votre partenaire pour la fabrication additive au coeur d’une nouvelle révolution technologique.
Pourquoi utiliser des gaz pour la fabrication additive ?
- Flexibilité y conception de pièces complexes
- Fiabilité du procédé
- Sécurité
- Flexibilité y conception de pièces complexes
Quel que soit le procédé (Fusion Sélective par laser (SLM) ou faisceau d’électrons (EBM), dépôt de matière sous forme de poudre ou de fil (DMD)), la fabrication additive ou impression 3D permet de concevoir de nouvelles pièces à géométries complexes, ou fonctionnalités nouvelles.
- Fiabilité du procédé
S’ils ne représentent qu’une très faible part dans la structure de coût des pièces en métal, les gaz sont toutefois indispensables au fonctionnement des machines, et requièrent en conséquence d’en assurer la continuité de fourniture.
Les gaz assurent des fonctions primordiales dans ces procédés pour en garantir le résultat final de qualité sécurité du procédé (protection contre le risque d’inflammation des poudres) et protection contre l’oxydation et l’humidité des matériaux en fusion.
- Sécurité
Le principal gaz employé pour la fabrication des pièces métalliques est l’argon, mais selon les matériaux, l’azote ou l'hélium peuvent aussi être utilisés. Ces gaz doivent, bien sûr, être utilisés dans des conditions de sécurité maîtrisées (ex : risque anoxie). Air Liquide vous accompagne pour assurer la sécurité de vos installations et vous conseille sur la mise en place d'équipements de détection d'anoxie, de services de maintenance des installations et de formation à l'utilisation des gaz.
Comment Air Liquide vous accompagne dans vote procédé de fabrication additive
Air Liquide fournit de manière fiable de l'azote (N2), de l'argon (Ar) et de l'hélium (He), qui sont utilisés tout au long de la chaîne de valeur de la fabrication additive :
- fabrication, recyclage et stockage des poudres : inertisation, plasma....,
- la construction de pièces : inertisation de la chambre de construction, poudre, pulvérisation....,
- post-traitement : traitement thermique, nettoyage au CO2.
Fourniture de gaz
- Argon (Ar), Azote (N2), Hélium (He) avec la pureté requise.
- Offre continue et évolutive en fonction de l'évolution des besoins.
- Sécurité et fiabilité
Installation et équipements
- Réseau de distribution de gaz sur mesure : centrales, réseau jusqu'au point d'utilisation, télémétrie, maintenance associée.
- Installation de sécurité (anoxie)
- Équipements spécifiques pour le stockage des poudres
Expertise et services
- Optimisation de l'adéquation "processus-gaz-matériau"
- Préparation du cahier des charges
- Définition et conception des installations de réseaux de gaz et de sécurité
- Audits et expertise sur les gaz pour les systèmes d'impression 3D en métal
Quelles opérations de parachèvement subissent les pièces après la la phase de construction en fabrication additive?
Une fois la phase de construction terminée, les pièces doivent subir des opérations de parachèvement :
- Le refroidissement sous atmosphère neutre anti-oxydante
- Le nettoyage avec le procédé de nettoyage au CO₂
- Le traitement de détensionnement pour évacuer les contraintes résiduelles
- Des traitements thermiques complémentaires éventuels pour conférer aux pièces les caractéristiques mécaniques ou propriétés de surface attendues
Quel est le rôle des gaz dans la fabrication additive dans la préservation des poudres?
La qualité des pièces dépend de la qualité des poudres. Ils doivent être préservés et recyclés pour limiter l'oxydation.
Nous vous guiderons à travers nos produits et solutions afin que vous puissiez choisir les meilleures options pour vous aider dans votre développement de la fabrication additive.
Quel gaz est utilisé en fonction du procédé de fabrication additive ?
| Famille | Procédé | Gaz | Matériaux |
|---|---|---|---|
|
Direct Energy Deposition |
LMD, DMD (1) |
Argon ou Azote |
Tous matériaux |
|
Fusion sélective sur lit de poudre |
SLS (2) | Argon ou Azote |
Titane, nickel, autres alliages métalliques |
| SLM (3) |
Plastiques, aciers, chrome, cobalt |
||
| EBM (4) | Hélium |
Tous matériaux |
(1) Laser Metal Deposition, Direct Metal Deposition – (2) Selective Laser Sintering – (3) Selective Laser Melting - (4) Electron Beam Melting
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Questions fréquentes
Qu'est ce que la fabrication additive ?
Pourquoi utiliser la fabrication additive ou l’impression 3D et comment l’ intégrer dans votre production ?
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Quelles sont les différences entre la fabrication additive et l'impression 3D ?
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