L’impression 3D par liage de poudre (binder jetting), on vous explique tout !

Il existe actuellement de nombreuses technologies de fabrication additive sur le marché, chacune associée à des matériaux différents et des applications bien spécifiques. Dans ce guide, nous parlerons de la technologie de liage de poudre ou projection de liant (Binder Jetting en anglais), compatible avec divers matériaux, de la céramique aux polymères plastiques en passant par le métal. Comment fonctionne l’impression 3D par liage de poudre ? Avec quels matériaux pouvez-vous fabriquer des pièces ? Qui sont les principaux fabricants de machines ? Quelles sont les dernières innovations et tendances dans ce domaine ? Nous vous disons tout ! 

Histoire et développement du binder jetting

Cette technologie a été inventée en 1993 au MIT, initialement pour travailler avec de la céramique. Les droits ont rapidement été repris deux ans plus tard par Z Corporation, rachetée en 2012 par 3D Systems. La projection de liant métallique a été développée par la société américaine ExOne en 1996. Depuis, cette technologie a connu de nombreux progrès et a attiré l’attention de grands acteurs comme HP et Desktop Metal, qui ont lancé leurs propres solutions de liage de poudre, offrant des performances et des capacités accrues. 

Pièce imprimée en 3D par projection de liant métallique (crédits photo : Sculpteo)

Comment fonctionne l’impression 3D par liage de poudre ?

Comme pour toutes les techniques d’impression, l’objet désiré doit être modélisé avant sa fabrication à l’aide d’un logiciel de CAO puis exporté vers le logiciel de l’imprimante, aussi appelé slicer qui envoie les instructions à la machine. L’impression commence par abaisser le plateau sur lequel une première couche de poudre est répandue à l’aide d’un cylindre balayeur. Un liant est projeté sous forme de gouttelettes de 80 µm avec une tête d’impression similaire à celle des imprimantes 2D. Le plateau continue de s’abaisser, une nouvelle couche de poudre est étalée et liée à son tour. Ainsi, l’objet prend forme couche par couche. 

Fonctionnement de l’impression 3D par liage de poudre (crédits photo : Additively)

Grâce à la précision du processus de dépôt de liant, il est possible de créer des modèles colorés, en utilisant des liants de différentes couleurs, à la manière d’une imprimante à jet d’encre. 

Après l’impression, il faut retirer la pièce du surplus de poudre (crédits photo : 3D Hubs)

Principaux avantages du binder jetting

L’impression 3D par liage de poudre se distingue des autres technologies de fabrication additive sur lit de poudre par sa vaste compatibilité matériaux puisqu’elle permet d’imprimer une large gamme de matières (polymères, céramiques, métaux, sable, …). 

Les matériaux compatibles avec l’impression 3D par liage de poudre

Cette technologie est compatible avec une large gamme de matériaux, notamment des céramiques, des polymères plastiques, et même des métaux tels que l’acier inoxydable, le titane, l’inconel, le cuivre, entre autres. On observe également un développement croissant du côté des polymères thermoplastiques et des polyamides. Certains matériaux nécessitent l’utilisation d’un liant spécifique, comme le sable, qui utilise un liant chimique pour créer des moules ou des noyaux de fonderie. 

Les matériaux compatibles sont assez larges (crédits photo : ExOne)

Post-traitement

Après l’impression, les pièces fabriquées par liage de poudre sont encapsulées dans un amas de poudre appelé “cake” et nécessitent un nettoyage ou dépoudrage. À la suite de ce processus, s’en suit généralement une étape de post-traitement pour renforcer la structure des impressions et réduire leur porosité. Les deux principaux procédés de post-traitement sont le frittage et l’infiltration. 

Le frittage consiste à chauffer la pièce à une température élevée, ce qui permet aux particules de poudre de se fondre et de s’agglomérer. Le frittage est généralement utilisé pour les pièces métalliques, car il permet d’obtenir des pièces denses et résistantes. 

L’infiltration consiste à injecter un fluide dans la pièce, ce qui permet de remplir les pores et de renforcer la structure. L’infiltration est généralement utilisée pour les pièces en céramique ou en plastique, car elle permet d’obtenir des pièces plus résistantes et plus étanches. 

Le choix du procédé de post-traitement dépend du matériau utilisé et des propriétés souhaitées pour la pièce. 

Le marché de l’impression 3D par liage de poudre : fabricants et applications

L’impression 3D par liage de poudre permet de produire des pièces métalliques ou des prototypes en couleur à un coût inférieur à celui observé avec d’autres procédés tels que le DMLS ou le  jet de matière. Cependant, la porosité des pièces peut être supérieure, influençant les propriétés mécaniques du composant. Cette technologie est appréciée pour le développement de pièces en série en raison du grand volume d’impression de la plupart des machines. 

Actuellement, le principal fabricant d’imprimantes 3D utilisant ce procédé avec des matériaux céramiques est 3D Systems, qui utilise le terme ColorJet Printing. D’autres acteurs incluent l’allemand Voxeljet AG, le néerlandais CONCR3DE pour les thermoplastiques, et la société taïwanaise ComeTrue pour les imprimantes 3D de bureau par liage de poudre. Pour les machines compatibles avec le métal, Desktop Metal est le leader (après l’acquisition d’ExOne en 2021), suivi par le Suédois Höganäs (bien que sa marque Digital Metal ait été vendue à la société américaine Markforged).

HP et Desktop Metal ont également fait leur entrée sur le marché du binder jetting en 2018, leurs technologies offrent des possibilités croissantes dans le domaine de la fabrication additive métal et ils continuent d’explorer de nouvelles opportunités dans le domaine de l’impression 3D, en collaborant avec des partenaires industriels comme Volkswagen, GKN, Parmatech, Ford, BMW, Google ou Adidas. 

Une pièce imprimée avec la technologie ColorJet Printing (crédits photo : 3D Systems)

L’impression 3D par liage de poudre présente des applications variées dans les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale, de la santé, du luxe, de la fonderie, de l’architecture, de l’art, etc. Elle permet de créer des pièces complexes, personnalisées, légères et résistantes, avec une grande liberté de conception. Elle offre également des avantages environnementaux. Parmi les exemples d’applications, on peut citer la fabrication de prothèses dentaires ou d’implants osseux, la création de bijoux ou de montres, la production de pièces automobiles ou aéronautiques, la réalisation de moules ou de noyaux de fonderie, ou encore la conception de sculptures ou de maquettes. 

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*Crédits photo de couverture : ExOne