Vue d'ensemble Fabrication additive SLM
La fusion sélective par laser (SLM) est une technologie de fabrication additive qui utilise un laser pour fondre et fusionner sélectivement des poudres métalliques, couche par couche, afin de construire des objets en 3D. La fusion laser sélective est adaptée à la transformation de métaux réactifs tels que le titane, l'aluminium et l'acier inoxydable en pièces entièrement denses et fonctionnelles aux géométries complexes.
Le SLM offre plusieurs avantages par rapport à la fabrication traditionnelle :
Avantages de la fabrication additive SLM
| Bénéfice | Description |
|---|---|
| Liberté de conception | Le SLM peut produire des géométries complexes telles que des treillis, des canaux internes et des formes organiques qui ne sont pas possibles avec l'usinage. |
| Personnalisation | Les pièces peuvent être facilement personnalisées et optimisées en fonction de la fonction plutôt que des contraintes de fabrication. |
| Allègement | Les formes organiques et les treillis permettent aux pièces d'être légères tout en conservant leur résistance. |
| Économies de matériaux | Le SLM n'utilise que la quantité de matière nécessaire, contrairement à l'usinage à partir de blocs solides. |
| Prototypage rapide | Les pièces peuvent être directement imprimées en 3D à partir de la CAO, au lieu de l'outillage pour le prototypage. |
| Production en flux tendu | L'impression à la demande, selon les besoins, réduit les coûts d'inventaire |
| Résilience de la chaîne d'approvisionnement | La fabrication distribuée réduit les risques liés à la chaîne d'approvisionnement |
Cependant, la méthode SLM présente également certaines limites :
Limites de la fabrication additive SLM
| Limitation | Description |
|---|---|
| Coût des machines | Les machines industrielles SLM ont des coûts d'investissement initiaux élevés de $100K-$1M+. |
| Options de matériaux | Actuellement limité aux métaux réactifs tels que le titane, l'aluminium, les aciers à outils et les superalliages. |
| Précision | La précision typique de 0,1-0,2 mm est inférieure aux tolérances d'usinage. |
| Finition de la surface | La surface telle qu'elle est imprimée est rugueuse et nécessite un traitement ultérieur. |
| Taille du bâtiment | La taille maximale des pièces est limitée par la taille de la chambre d'impression |
| Faible production de lots | Plus économique pour les petites séries et les pièces personnalisées que pour la production de masse |
| Post-traitement | Des étapes supplémentaires telles que l'enlèvement des supports, le traitement thermique sont nécessaires |
Comment fonctionne l'impression 3D SLM
Le SLM est une technologie de fusion sur lit de poudre qui utilise un faisceau laser focalisé pour faire fondre et fusionner sélectivement des poudres métalliques, couche par couche.
Les principales étapes du processus de gestion durable des sols sont les suivantes :
Processus d'impression 3D SLM
| Étape | Description |
|---|---|
| Modèle 3D | Un modèle CAO 3D est découpé numériquement en couches. |
| Poudre à tartiner | Une lame de rechargement répand une fine couche de poudre sur la plate-forme de construction. |
| Fusion au laser | Un faisceau laser trace chaque couche en faisant fondre la poudre pour la coller sur la base des données CAO découpées. |
| Plate-forme inférieure | La plate-forme de construction s'abaisse et une autre couche de poudre est étalée sur le dessus. |
| Répéter les étapes | Le processus de fusion des couches est répété jusqu'à ce que la pièce complète soit construite. |
| Retirer la pièce | La pièce imprimée en 3D est retirée du lit de poudre. |
| Post-traitement | La pièce est nettoyée et traitée thermiquement pour réduire les tensions. |
Matériaux SLM
La technique SLM permet de transformer une gamme de métaux réactifs en pièces entièrement denses :
Matériaux SLM
| Matériau | Propriétés principales | Applications |
|---|---|---|
| Alliages de titane | Rapport résistance/poids élevé, biocompatibilité | Aérospatiale, implants médicaux |
| Alliages d'aluminium | Léger, très résistant | Automobile, aérospatiale |
| Aciers inoxydables | Résistance à la corrosion, haute résistance | Outillage industriel, marine |
| Aciers à outils | Dureté élevée, résistance à la chaleur | Moules d'injection, matrices |
| Superalliages de nickel | Résistance à la chaleur et à la corrosion | Aubes de turbines, tuyères de fusées |
| Chrome cobalt | Résistance à l'usure, biocompatibilité | Implants dentaires, orthopédie |
Les matériaux SLM les plus courants sont le titane et les alliages d'aluminium, ainsi que les aciers à outils et les aciers inoxydables. Des superalliages et des composites métalliques plus exotiques peuvent également être traités avec la technologie SLM.
Lignes directrices de conception SLM
Pour réussir à concevoir des pièces pour l'impression 3D SLM, les ingénieurs doivent suivre les lignes directrices suivantes :
Lignes directrices de conception SLM
| Lignes directrices | Description |
|---|---|
| Éviter les surplombs | Réduire au minimum les surplombs nécessitant des supports qui doivent être enlevés |
| Ancrages de conception | Inclure de petits ancrages ou languettes pour fixer la pièce à la plaque de construction. |
| Orienter pour renforcer | Aligner la pièce pour maximiser la force dans la direction fonctionnelle |
| Minimiser la hauteur des pièces | Orienter pour minimiser la hauteur Z afin d'éviter l'effondrement des éléments délicats |
| Permettre le post-usinage | Ajouter 0,1-0,3 mm pour le post-traitement si des tolérances serrées sont nécessaires. |
| Optimiser la conception des treillis | Adapter la taille des cellules et des entretoises aux charges des pièces et aux contraintes SLM |
| Inclure des trous d'aération | Ajouter de petits trous pour éviter que la poudre piégée ne provoque des défauts. |
| Canaux de refroidissement conformes | Conception de canaux de refroidissement internes complexes impossibles à réaliser par perçage/usinage |
| Combiner les pièces | Consolider les assemblages en pièces individuelles pour réduire les besoins d'assemblage |
Le respect de ces lignes directrices permet d'éviter les défauts d'impression SLM courants tels qu'un mauvais état de surface, des déformations, des fissures ou des poudres piégées.
Fabricants d'imprimantes SLM
Les principaux fabricants de systèmes SLM sont les suivants
Fabricants d'imprimantes 3D SLM
| Entreprise | Imprimantes | Caractéristiques principales |
|---|---|---|
| EOS | EOS M290, EOS M300 x4 | Pionnier de l'impression 3D en métal, excellentes propriétés des pièces |
| Solutions SLM | SLM 280, SLM 500, SLM 800 | Puissance laser très élevée pour la productivité et les grands volumes de construction |
| Systèmes 3D | DMP Factory 500 | Systèmes évolutifs pour la production en grande série |
| GE Additive | Concept Laser M2, X Line 2000R | Désormais intégrés à GE, des outils de productivité fiables |
| Renishaw | RenAM 500Q | Excellente précision, système intégré de gestion de la qualité |
Lors du choix d'un système SLM, les facteurs clés sont le volume de construction, la puissance du laser, les capacités des matériaux, la précision et le flux de travail du logiciel. Les principaux fabricants proposent des systèmes bien établis, mais de nombreux nouveaux venus de Chine et d'Inde font également leur apparition.
Prix des imprimantes SLM
Les systèmes SLM industriels ont des coûts d'investissement initiaux élevés, allant de 100 000 T pour les machines d'entrée de gamme à plus de 1 000 000 T pour les systèmes de production haut de gamme :
Prix des imprimantes SLM
| Fabricant | Modèle d'imprimante | Volume de construction | Fourchette de prix |
|---|---|---|---|
| EOS | EOS M100 | 95 x 95 x 95 mm | $100k - $150k |
| Solutions SLM | SLM 125 | 125 x 125 x 125 mm | $175k - $250k |
| Systèmes 3D | DMP Factory 500 | 500 x 500 x 500 mm | $500k - $800k |
| GE Additive | Concept Laser M2 Series 5 | 250 x 250 x 280 mm | $700k - $900k |
| Renishaw | RenAM 500M | 250 x 250 x 350 mm | $950k - $1.2M |
Des volumes de construction plus importants, une puissance laser plus élevée et des fonctions de productivité font grimper les coûts des systèmes. Mais il est essentiel de faire un choix judicieux en fonction des besoins de l'application et des exigences de production.
Considérations relatives à l'installation de SLM
Pour exploiter avec succès une installation de gestion durable des déchets, les entreprises doivent prendre en compte les éléments suivants :
Facteurs de l'installation SLM
| Facteur | Description |
|---|---|
| Coûts des installations | Prise en compte des coûts d'impression, de matériel et de construction des installations |
| Manutention | Installer des équipements de manutention des poudres et fournir des EPI aux travailleurs |
| Post-traitement | Équipement de nettoyage, traitement thermique, HIP, finition de surface, etc. |
| Logiciel | Logiciel de flux de travail pour l'ordonnancement, l'imbrication et le suivi des processus |
| Formation | Former les ingénieurs à la conception et les techniciens au fonctionnement des imprimantes |
| Sécurité | Respecter les procédures de manipulation des poudres et disposer de systèmes d'extinction des incendies |
| Maintenance | Prévoir une maintenance et un étalonnage réguliers du système |
| Contrôle de la qualité | Mesure des dimensions et des propriétés des matériaux, essais de répétabilité |
| Certification | Certification ISO 9001, AS9100 pour les industries réglementées |
Le choix d'un prestataire de services expérimenté peut faciliter la mise en place, l'exploitation et la certification d'installations destinées à des applications réglementées telles que l'aérospatiale ou les dispositifs médicaux.
Avantages de la fabrication additive SLM
Les principaux avantages de l'impression 3D SLM sont les suivants :
Avantages de la fabrication additive SLM
| Avantage | Description |
|---|---|
| Géométries complexes | La technique SLM permet de produire des formes organiques très complexes ainsi que des réseaux et des canaux internes complexes. |
| Pièces sur mesure | Créer facilement des pièces personnalisées adaptées aux besoins du client sans contraintes d'outillage |
| Réduction du poids | Les structures en treillis et l'optimisation de la topologie permettent des conceptions légères et solides |
| Assemblages consolidés | Combiner plusieurs composants en une seule pièce complexe |
| Délais d'exécution rapides | Imprimer des pièces à la demande directement à partir de données CAO plutôt que d'attendre des mois pour les usiner |
| Réduction des déchets | N'utiliser que la quantité de matériau nécessaire par rapport à l'usinage à partir de billettes |
| Production à la demande | Permet une fabrication distribuée en flux tendu à proximité des clients |
| Réduction des stocks | Impression des pièces en fonction des besoins, ce qui réduit les coûts d'outillage, d'entreposage et d'inventaire. |
| Matériaux haute performance | Transformer des métaux avancés tels que le titane et les superalliages en pièces d'utilisation finale |
La liberté de conception, la personnalisation des pièces et les capacités de production distribuée font de la technique SLM la solution idéale pour la production de volumes faibles à moyens dans les domaines de l'aérospatiale, de la médecine, de l'industrie et de l'automobile.
Limites de la fabrication additive SLM
La SLM présente certaines limites, notamment
Limites de la fabrication additive SLM
| Limitation | Description |
|---|---|
| Coût de la machine | Les imprimantes SLM ont des coûts d'investissement élevés, souvent supérieurs à $500 000 euros. |
| Disponibilité du matériel | Actuellement limité aux métaux structurels réactifs et aux plastiques |
| Précision | La précision typique de 0,1-0,2 mm est inférieure à celle de l'usinage CNC. |
| Finition de la surface | La surface imprimée est relativement rugueuse et présente un effet de marche d'escalier. |
| Post-traitement | L'enlèvement des supports, l'usinage et le polissage sont souvent nécessaires. |
| Vitesse d'impression | Les taux de construction typiques de 5 à 100 cc/h limitent la vitesse par rapport à la production de masse. |
| Taille maximale de la pièce | Limité par le volume de construction de l'imprimante, généralement inférieur à 500 x 500 x 500 mm |
| Surveillance des processus | L'absence de contrôle in situ peut conduire à des défauts non détectés |
| Expertise des opérateurs | Les techniciens SLM ont besoin d'une formation importante sur les procédures |
| Coûts des matériaux | Les métaux en poudre peuvent être 2 à 5 fois plus chers que les métaux bruts. |
Pour les besoins de très haute précision, les pièces de très grande taille ou les volumes de production de masse, les méthodes soustractives telles que l'usinage CNC tendent à être plus adaptées que la méthode additive SLM.
Le rôle de la SLM dans la fabrication
La méthode SLM est la mieux adaptée :
Les meilleurs rôles pour la GDT dans la fabrication
| Rôle dans la fabrication | Exemples |
|---|---|
| Prototypage rapide | Itérations rapides de la conception et pièces de validation du concept |
| Production en faible volume | Supports pour l'aérospatiale, roues, implants médicaux |
| Outillage de pont | Production des premières unités pendant la fabrication des moules d'injection |
| Consolidation partielle | Combinaison de plusieurs composants en une seule pièce |
| Personnalisation de masse | Produits d'utilisation finale personnalisés tels que les aligneurs dentaires |
| Fabrication distribuée | Production locale à la demande, à proximité des clients |
Pour les très gros volumes, le moulage sous pression ou le moulage par injection plastique conventionnels sont généralement plus rentables que l'impression 3D SLM. Mais pour la production en petite série, la SLM excelle.
L'avenir de la fabrication additive SLM
On s'attend à ce que le SLM se développe dans des applications plus larges à l'avenir grâce à :
L'avenir de la GDT
| Tendance | Description |
|---|---|
| Imprimantes plus grandes | Construire des volumes de plus d'un mètre de longueur et de hauteur |
| Systèmes multi-laser | Machines multi-laser de puissance supérieure à 1 kW |
| Des vitesses plus rapides | Vitesse d'impression jusqu'à 500 cc/h grâce aux lasers à galène numérisés |
| Nouveaux matériaux | Alliages à haute température, MMC, nouveaux composites |
| Fabrication hybride | Combinaison des procédés AM et soustractifs dans un seul système |
| Post-traitement automatisé | Réduction du travail manuel pour l'enlèvement des supports et la finition des surfaces |
| Contrôle en cours de fabrication | Surveillance in situ de la piscine de fusion, du lit de poudre et des défauts de la pièce |
| Simulation | Simulations basées sur la physique pour prédire le comportement et optimiser les constructions |
| Apprentissage automatique | L'IA pour la conception, l'optimisation des processus et l'assurance qualité |
| Chaîne d'approvisionnement numérique | Flux de travail numérique sans faille de la conception à la production |
Choisir un fournisseur de services SLM
Lors de la sélection d'un fournisseur de services SLM, les acheteurs doivent évaluer les éléments suivants :
Choisir un fournisseur de services SLM
| Facteur | Description |
|---|---|
| Matériel d'impression | Recherchez des imprimantes industrielles sur métal réputées, dotées d'une puissance de faisceau élevée et de grands volumes de fabrication. |
| Matériaux | Capacité à traiter les alliages souhaités tels que le titane, l'acier à outils et l'acier inoxydable |
| Post-traitement | Offrir une gamme complète de traitements post-impression comme le HIP, l'usinage, le polissage |
| Procédures de qualité | Certification ISO 9001 ou AS9100 avec des processus d'assurance qualité stricts |
| Expérience de l'application | Expertise et études de cas dans des applications cibles telles que l'aérospatiale, l'automobile et le secteur médical |
| Soutien à la conception | Capacité de concevoir et d'optimiser des pièces pour la fabrication par AM |
| Lead Times | Capacité à livrer des échantillons et des pièces de production dans les délais impartis |
| Préparation des dossiers | Accepter les formats de fichiers CAO et polygonaux standard pour l'analyse de la conception |
| Services post-construction | Nettoyage, traitement thermique, finition de surface, services de revêtement |
| Services complémentaires | Inspection, prototypage rapide, outillage de pont, pièces moulées, moulage |
| Tarification | Prix compétitifs et évolutifs pour différents volumes de construction |
| Localisation | Proximité pour la logistique de la chaîne d'approvisionnement et la communication |
Le choix d'un prestataire de services disposant de capacités de bout en bout, de la conception au post-traitement, garantit des résultats de grande qualité. La consultation d'études de cas et la visite d'installations permettent de vérifier l'expérience acquise.
FAQ
Q : Quels sont les matériaux qui peuvent être imprimés en 3D avec la technologie SLM ?
R : La technique SLM permet de traiter une gamme de métaux réactifs tels que l'acier inoxydable, l'acier à outils, les alliages de titane, les superalliages de nickel, les alliages d'aluminium et le chrome-cobalt. Les matériaux SLM les plus populaires sont le titane Ti6Al4V et l'aluminium AlSi10Mg.
Q : Quelle est la précision de l'impression 3D SLM ?
R : Le procédé SLM produit généralement une précision de l'ordre de 0,1 à 0,2 mm. Bien qu'elle soit inférieure à la tolérance de l'usinage CNC, un post-traitement tel que l'usinage et le polissage peut améliorer la précision. Les dimensions inférieures à 0,3 mm ne sont pas recommandées.
Q : Quelles sont les industries qui utilisent la fabrication additive SLM ?
R : Les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine, des soins dentaires, de l'automobile et de l'industrie sont aujourd'hui les principaux utilisateurs de la technologie SLM en raison d'avantages tels que l'allègement, la consolidation des pièces, la personnalisation de masse et les délais d'exécution rapides.
Q : Quel est le post-traitement nécessaire après l'impression SLM ?
R : Les traitements post-impression courants comprennent l'enlèvement du support, le traitement thermique de détente, le pressage isostatique à chaud (HIP), l'usinage CNC, le polissage et le revêtement. Les exigences dépendent de l'application, du matériau et des besoins de finition.
Q : Quel est le coût de l'impression 3D métallique SLM ?
R : Les systèmes SLM industriels vont de $100 000 à plus de $1 million en fonction du volume de fabrication, de la puissance du laser et des caractéristiques. Les coûts des matériaux pour la poudre métallique peuvent être 2 à 5 fois supérieurs au coût du stock brut. Mais les coûts totaux diminuent.
Q : Le procédé SLM permet-il d'imprimer des surplombs et des formes complexes ?
R : Oui, la technique SLM permet d'imprimer des géométries telles que des surplombs, des treillis et des parois minces grâce à l'utilisation de structures de support. Une orientation minutieuse est nécessaire pour éviter les déformations et équilibrer les exigences en matière de support.
Q : Quel logiciel est utilisé pour l'impression SLM ?
R : Les imprimantes SLM sont équipées d'un logiciel propriétaire pour l'impression. D'autres logiciels sont utilisés pour la conception, la réparation des fichiers, la simulation, la préparation de la construction, l'imbrication, la gestion de la construction et la gestion de la qualité.
Q : Combien de temps faut-il pour imprimer une pièce en 3D avec SLM ?
R : Les temps d'impression varient de quelques heures à quelques jours en fonction de la taille de la pièce, de la complexité de la géométrie et des paramètres d'impression. Pour les pièces métalliques, les imprimantes SLM fonctionnent généralement avec un taux de fabrication de 5 à 100 cc/heure. Les pièces plus grandes prennent plus de temps.
Q : La technique SLM permet-elle de produire des pièces métalliques sûres et fonctionnelles destinées à une utilisation finale ?
R : Oui, avec une conception et un traitement appropriés, la technique SLM peut produire des pièces métalliques entièrement denses dont les propriétés matérielles atteignent ou dépassent celles des pièces fabriquées traditionnellement pour une utilisation finale fonctionnelle dans des applications exigeantes.
