Filaments et poudres métalliques pour l'impression 3D

Aujourd’hui, deux facteurs principaux déterminent si un alliage métallique est imprimé ou non : l'imprimabilité et la demande. Bien qu'il existe une grande variété de procédés d'impression 3D métal, presque tous reposent sur des poudres métalliques. Ces matériaux se présentent sous deux formes dans l'impression : des poudres métalliques brutes pour l'impression 3D ou des filaments métalliques liés à des poudres pour l'impression 3D. Par conséquent, les matériaux métalliques imprimables aujourd'hui sont dans une large mesure limités par la disponibilité de la poudre et par la possibilité ou non de lier efficacement cette poudre. L'aluminium, par exemple, est notoirement difficile à imprimer et est donc relativement rare.

L'impression 3D métal est utile pour les pièces difficiles à usiner, que ce soit en termes de complexité ou de matériaux, car elle peut s'avérer moins coûteuse, en particulier pour les faibles volumes. Les matériaux plus durs tels que les aciers inoxydables, les aciers à outils, le titane et autres sont plus difficiles à travailler et nécessitent un outillage de meilleure qualité, de meilleures machines et engendrent des frais généraux plus élevés. Les coûts de fabrication naturels ajoutés augmentent la valeur relative de l'impression 3D, ce qui leur permet de franchir le "point d'inflexion" à partir duquel l'impression 3D prend de la valeur. De l'autre côté du spectre, les matériaux qui sont faciles à usiner (acier de qualité inférieure, aluminium) et peu onéreux ne sont pas aussi demandés parce qu'il est déjà facile de les fabriquer. Il s'agit d'un groupe de matériaux d'impression métallique "courants" qui sont traditionnellement très difficiles à travailler, mais qui sont simplifiés par la méthode additive au lieu de la méthode soustractive.

Quels sont les métaux les plus courants pour l'impression 3D ?

1. Aciers inoxydables (17-4 PH, 316L, 304)
2. Aciers à outils (H13, A2, D2)
3. Alliages spéciaux (Inconel, Chrome-cobalt et autres)
4. Titane (Ti64)
5. Aluminium (4047, 6061, 7075)

Impression 3D acier

L'acier est le matériau d'impression 3D métallique le plus courant. Sa résistance, sa capacité à être transformé en poudre métallique pour l'impression 3D, son coût relativement faible et sa capacité de post-traitement en font un matériau utilisable dans de nombreuses applications. La plupart des variétés d'acier peuvent être imprimées : les deux plus courantes sont les aciers inoxydables et les aciers à outils. Tous les aciers ne sont pas couramment imprimés -- Les alliages d’aciers, qui sont les plus courants à fabriquer de manière conventionnelle, sont rarement imprimés. En raison de leurs coûts de fabrication conventionnels plus faibles et de leurs propriétés matérielles inférieures, ils ne constituent pas un matériau aussi intéressant à imprimer.

Aciers inoxydables

Les aciers inoxydables sont des aciers solides et rigides qui présentent une excellente résistance à la corrosion en raison de leur forte teneur en chrome (au moins 12 %, souvent jusqu'à 18 %). Ils existent en deux variétés différentes, austénitique et martensitique.

Les aciers inoxydables austénitiques sont le type d'acier inoxydable le plus courant. Ils sont résistants à la corrosion et peuvent être usinés et soudés, mais ne peuvent pas être traités thermiquement. 303 et 304 sont les types d'aciers inoxydables austénitiques les plus courants, et 316L est une variante qui maximise la résistance à la corrosion.

Les aciers inoxydables martensitiques sont beaucoup plus durs que les aciers austénitiques, mais plus fragiles et moins résistants à la corrosion. En tant que groupe, ils n'ont pas la polyvalence générale des aciers austénitiques, mais ils peuvent être traités thermiquement et durcis par précipitation. Ils conviennent le mieux lorsque vous avez besoin d'un acier inoxydable dur et rigide. Le 17-4 PH est un type d'acier inoxydable martensitique particulièrement utile qui peut être traité thermiquement pour répondre à une variété de propriétés matérielles. C'est également l'acier martensitique le plus courant, bien que d'autres (comme le 420) soient également imprimés.

Aciers à outils

Les aciers à outils tirent leur nom de leur application principale : les outillages de toutes sortes. Ils contiennent du carbure, un composant extrêmement dur essentiel à leur capacité à couper, meuler, emboutir, mouler ou former. Généralement, ils sont très durs, résistent à l'abrasion et peuvent être utilisés à des températures élevées. Les aciers à outils sont classés selon les systèmes de classificationAISI-SAE , divisés en types par fonction. Les trois types les plus couramment employés en impression 3D métal sont les aciers à outils des séries A, D et H.

Les aciers à outils de la série A sont d'excellents aciers usinables pour une utilisation générale, présentant un profil équilibré entre résistance à l'usure et endurance. Il existe huit variétés d'aciers à outils de la série A, dont la plus courante est le A2. Cet acier outil polyvalent et adapté au travail à froid est souvent utilisé pour fabriquer des poinçons et des matrices, ainsi que dans de nombreuses autres applications.

Les aciers à outils de la série D sont optimisés pour la résistance à l'usure et la dureté. Ils ne sont pas particulièrement endurants et sont uniquement utilisés pour des applications de travail à froid. La variété la plus courante d'acier à outil de la série D est le D2, un acier à outil adapté au travail à froid et utilisé pour tous les types d'outils de coupe, des lames aux couteaux et aux outils de coupe industriels.

Les aciers à outils de la série H coupent et façonnent les matériaux à des températures élevées (ou de cyclage). Ils ne sont pas aussi résistants à l'usure que les aciers à outils des séries A ou D à basse température, mais ils conservent leur résistance et leur rigidité à des températures élevées. Bien qu'il existe de nombreux types d'acier à outils de la série H, le H13 est la variété la plus couramment imprimée en 3D. Son excellent niveau d'endurance, de résistance à l'usure et de résistance à la chaleur en font un bon acier à outil pour une utilisation générale, optimisé pour une utilisation à des températures élevées.

Impression 3D titane

Bien que le titane soit loin d'être un matériau courant à fabriquer de manière conventionnelle, ses propriétés uniques et son coût de base élevé en font un candidat idéal pour l'impression 3D. Il est solide, incroyablement léger, résistant à la chaleur et aux produits chimiques et peut être biocompatible. Bien qu'il existe plusieurs types de titane pouvant être imprimés, l'un d'entre eux est de loin le plus courant : Le titane 64 (Ti-6Al-4V).

Le Ti64 est le type de titane le plus courant dans l'impression 3D et la fabrication conventionnelle. Il possède un excellent rapport résistance/poids et peut être traité thermiquement pour améliorer encore sa résistance. Le matériau excelle également dans les environnements défavorables en raison de sa résistance à la corrosion et à la chaleur. C'est pourquoi il est largement utilisé dans l'aéronautique (missiles, fusées, avions), la médecine (implants orthopédiques) et dans d'autres domaines où un rapport résistance/poids élevé est bénéfique.

Impression 3D aluminium

L'aluminium est notoirement difficile à imprimer. Par conséquent, il s'agit d'un matériau d'impression relativement peu courant, bien qu'il soit extrêmement répandu dans la fabrication conventionnelle. Les variétés imprimées sont généralement de l'aluminium de qualité coulée, et non des types usinables plus courants tels que 6061 ou 7075. Ces alliages d'aluminium de qualité moulage contiennent tous une quantité importante de silicium (jusqu'à 12 %) et sont plus faibles et moins rigides que le 6061. On ne sait pas encore quand l'aluminium deviendra plus facilement disponible en tant que matériau d'impression 3D, mais en attendant, des matériaux comme l'acier et le titane atteignent des rapports poids/résistance similaires lorsqu'ils sont imprimés avec un remplissage à cellules ouvertes.

Alliages spéciaux

Outre les métaux les plus courants, les imprimantes 3D peuvent également fabriquer des pièces à partir d'alliages particulièrement adaptés aux environnements hostiles. Ces "superalliages" - des métaux qui présentent une grande solidité, une résistance à la chaleur, une bonne stabilité de surface et une résistance à la corrosion ou à l'oxydation - peuvent être utilisés dans une grande variété d'applications de haute performance. Deux sous-groupes sont les plus courants : L’Inconel et le chrome-cobalt.

L’Inconel

L'Inconel est l'alliage de nickel propriétaire le plus courant et le plus connu. Ce matériau extrêmement solide, endurant et résistant à la corrosion est utilisé dans les turbines, les joints de moteurs et les fusées. Il existe deux formulations principales qui sont imprimées en 3D : L'Inconel 718 est plus solide et plus résistant, et l'Inconel 625 est plus résistant à la chaleur. Ces deux matériaux sont incroyablement coûteux à usiner de manière conventionnelle, ce qui fait de l'impression 3D une alternative rentable pour la fabrication de pièces fidèles.

Le chrome-cobalt

Ce superalliage est connu pour sa biocompatibilité, son rapport résistance/poids élevé et sa résistance à la corrosion. Il s'agit globalement d'une version de titane de qualité supérieure, plus dense et plus chère. Comme l'Inconel, il est utilisé dans les turbines et autres environnements hostiles. Contrairement à l'Inconel, il peut être utilisé dans des applications médicales telles que les implants orthopédiques ou dentaires.

Pour aller plus loin

Le succès à long terme des imprimantes métal dépend dans une large mesure de leur capacité à prendre en charge une grande variété de matériaux de manière fiable. La liste actuelle des matériaux d'impression 3D métal est relativement courte et se concentre sur les matériaux de qualité supérieure dont la fabrication est la plus rentable. Cependant, au fur et à mesure que l'impression 3D métal se développe, on peut s'attendre à voir des filaments et des poudres d'impression 3D métal de plus en plus nombreux et moins chers, disponibles sur différentes plateformes d'impression en métal. Ces matériaux ouvriront à leur tour de nouvelles applications pour l'impression métallique, ce qui favorisera son adoption par le grand public.