L’IMPRESSION 3D METAL SORT PETIT A PETIT DE LA PHASE DE PROTOTYPAGE

VISITE DU CENTRE DE PRODUCTION FLAMBANT NEUF DE HP A BARCELONE

A ce jour, la plupart des entreprises industrielles appliquent l’impression 3D uniquement pour la production de prototypes et d’outils, pour remplacer des éléments ou pour la dite consolidation, c’est-à-dire la réduction du nombre d’éléments par regroupement. HP voulait changer la donne et a lancé en automne 2018 Metal Jet, une imprimante avec laquelle l’entreprise vise l’impression de grandes (moyennes) séries d’éléments fonctionnels, avec la vitesse, l’efficacité et la productivité exigées. Début juin, Métallerie a été invité à l’inauguration du tout nouveau centre de production pour Fabrication Additive HP à Barcelone.

TECHNOLOGIE METAL JET

L’imprimante Metal Jet fonctionne sur base de la projection de liant et utilise de la poudre métallique pour l’injection (MIM). La poudre métallique ne change pas de phase pendant le processus, il n’y a pas de faisceau laser ou faisceau d’électrons qui fait fondre les particules de poudre. A la place, les têtes d’impression placent des gouttes de liant qui assurent l’adhésion de la poudre métallique, ce qui crée une ‘green part’. Un four de frittage finalise ensuite la partie 3D en brûlant le liquide et en l’appliquant dans son état durci entièrement dense. La fonctionnalité et la consistance de la microstructure de l’élément résultant peut concurrencer celle d’une même partie obtenue par coulage. La projection de liant est intrinsèquement rapide.

Alors que les machines basées sur par exemple l’impression laser 3D travaillent uniquement sur une pièce à la fois, la Metal Jet permet d’imprimer plusieurs pièces de façon synchrone, car c’est un processus ‘area’ qui applique le liant à chaque passage des têtes d’impression sur la section transversale complète de la construction. Ici HP a utilisé une technologie de tête d’impression appliquée depuis plus longtemps déjà en vue d’un gain de temps considérable.

OUVERTURE DU NOUVEAU CENTRE DE PRODUCTION

Début juin, HP a invité votre revue professionnelle Métallerie à l’inauguration du nouveau centre d’impression 3D et de production par fabrication numérique à Barcelone (Espagne). Plus de 150.000 mètres carrés d’installations de recherche et de développement pour la génération suivante de technologies à la base de la quatrième révolution industrielle. D’emblée le plus grand centre d’innovation au monde, où travaillent plus de cent experts dans le domaine de la fabrication additive du futur. L’environnement de l’usine imposante est destiné à développer le portefeuille d’impression 3D de HP, avec les clients et les partenaires dans l’industrie. Des journalistes de revues professionnelles leader dans le monde entier, dont Métallerie, ont assisté à l’inauguration officielle.

PROPRIETES MECANIQUES ISOTROPES

Grâce à une résolution voxel élevée – ‘élément volume’, l’équivalent d’un pixel dans l’impression 2D –, l’imprimante Metal Jet peut produire des détails avec des bords précis à la fois sur la surface intérieure et extérieure de l’élément imprimé. En positionnant avec une extrême précision jusqu’à 30 millions de gouttelettes de liant par pouce sur un lit de poudre, les propriétés physiques de l’élément peuvent être contrôlées avec précision de point à point. Des forces capillaires tirent le liant dans les plus petits espaces entre les particules métalliques, ce qui induit une répartition uniforme du liant et donc des propriétés de matériau uniformes.

PLUS PRODUCTIF QU’UNE AUTRE FA POUR LES SÉRIES MOYENNES

Le plus grand avantage de Metal Jet par rapport au moulage par injection de métal (MIM – metal injection molding) – couramment appliqué dans la production de pièces automobiles – est peut-être le fait de ne pas devoir fabriquer de nouveaux gabarits/outils pour une nouvelle série, un processus qui réclame du temps et de l’argent. Ce coût ne se justifie que pour des quantités plus grandes.

Un autre avantage de Metal Jet est le pourcentage pondéral relativement élevé de la poudre métallique au sein de la green part. Dans le MIM, le pourcentage pondéral de la poudre métallique au sein du mélange (poudre métallique, cire et polymères) s‘élève à moins de 93% dans la plupart des cas. HP a utilisé son savoir-faire autour de l’encre dans le développement du liant, qui est désormais à ce point efficace que la quantité nécessaire dans son processus de projection de liant est inférieure à 1% de la ‘green part’. De plus la cire doit être éliminée dans le MIM, ce qui peut ajouter jusqu’à 20 heures au flux de travail. Avec Metal Jet, ce ‘debind­ing’ n’a pas lieu, par contre. Le liant est décomposé pendant le frittage à la fois dans le Metal Jet que dans le moulage par injection de métal.

Le polymère dans Metal Jet est toutefois utilisé avec une fraction pondérée plus faible, ce qui facilite la décomposition et l’évacuation des restes de polymère pendant le frittage. Cela accroît la productivité sur des éléments à paroi épaisse. Metal Jet a su y répondre: des coûts élevés et des lents délais de construction d’autres technologies d’impression 3D métal au besoin d’une technologie avec un volume supérieur et un coût concurrentiel. L’essentiel est que la poudre métallique n’est pas fondue pendant le processus de construction; cela résulte dans une plus grande vitesse de production (pas de déformation, refroidissement) et une résolution et un degré de finition élevés. L’impression de parois minces et de fins petits canaux ne pose pas de problème. En effet, la poudre non utilisée n’est pas frittée et est donc aisément éliminée.

NOUVEAUX MARCHES

Dans la phase initiale, seules des poudres métalliques d’inox 17-4 PH et 316L étaient utilisées. Les chercheurs HP ont toutefois déjà testés des poudres d’acier faiblement allié pour le nouveau système HP Metal Jet que l’entreprise lance normalement en 2020. Cela stimulera les partenaires et clients dans les secteurs aéronautique, aérospatiale et automobile vers la la production de masse.