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A la découverte des matériaux d’impression 3D : les métaux

Publié le 25 août 2021 par Philippe G.
Métaux 3D

Après avoir parlé des différentes technologies d’impression 3D et de certains matériaux, comme les plastiques, 3Dnatives vous propose une liste des principaux métaux présents sur le marché de la fabrication additive. Ces métaux, principalement utilisés dans les industries automobile, médical et aéronautique, sont compatibles avec les procédés de frittage sélectif par laser (SLS), la fusion laser sur lit de poudre (DMLS) ou encore le E-Beam (EBM).

L’aluminium

L’aluminium est un excellent compromis entre légèreté et solidité. En plus d’être résistant à la corrosion, il peut également être soudé. Cependant, par rapport aux aciers, il est moins résistant à la fatigue et aux hautes températures. L’aluminium est principalement utilisé dans les domaines où la notion de poids est essentielle, comme l’automobile, l’aéronautique ou l’aérospatial. Rarement présent à l’état pur, on le trouve plus souvent sous forme d’alliage avec des métaux améliorant les propriétés physiques et mécaniques, comme le silicium et le magnésium. Un exemple classique est l’Aluminium AlSi10Mg, proposé par le constructeur allemand EOS à l’état de poudre, qui permet de fabriquer des pièces solides et complexes.

Crédits photo : HRL Laboratories, LLC

Les alliages d’aluminium

Comme mentionné ci-dessus, on trouve plus souvent des alliages d’aluminium que la forme pure, et ils sont majoritairement utilisés pour des applications industrielles, aérospatiales et automobiles. En outre, ils présentent un rapport résistance/poids élevé et une bonne résistance à la fatigue et à la corrosion.

Le gallium

Encore au niveau de la recherche et du développement, le gallium est utilisé en alliage avec 25% d’indium pour imprimer des objets à partir de petites bulles de métal. La particularité de cet alliage réside dans la faible température nécessaire pour le faire fondre (29,7° C) et au fait que les deux métaux durcissent à l’air libre, tandis que l’intérieur reste liquide, ce qui permet d’imprimer des pièces flexibles. Néanmoins, le prix reste un frein à la commercialisation de ce matériau.
Voici une vidéo réalisée par l’équipe de chercheurs de l’Université de Caroline du Nord, aux Etats-Unis, qui travaille sur l’impression de ce matériau.

L’acier

Actuellement l’un des métaux les plus utilisés dans l’industrie, l’acier a été le premier métal utilisé en impression 3D. Il est aujourd’hui présent dans de nombreux secteurs, allant du domaine du bâtiment à celui de la médecine, en passant par le sport. En plus de l’acier inoxydable, d’autres dérivés de l’acier existent. EOS propose notamment le matériau Maraging Steel MS1 qui est utilisé dans la fabrication d’outillages et de moule grâce à sa dureté et résistance à la rupture.

L’acier inoxydable

Plus connu sous le nom d’inox, ce matériau est répandu dans la vie quotidienne, les industries mécaniques et le secteur médical. Il possède de remarquables propriétés mécaniques et permet d’obtenir une surface polie et brillante. À l’image d’EOS, ProMetal ou encore ExOne, plusieurs acteurs de la fabrication additive proposent ce matériau. Il est aussi possible d’imprimer des pièces en bronze ou en or en utilisant l’inox comme matériau de base : les couches de poudre d’inox sont recouvertes de colle pour injecter du bronze à l’impression par exemple.

Pièce imprimée en 3D en acier inoxydable

Pièce imprimée en 3D en acier inoxydable

Le titane

En raison de son rapport solidité/poids, de sa grand résistance à la corrosion, et de sa biocompatibilité, le titane est très utilisé dans le secteur médical mais aussi dans le domaine aérospatial. Comme pour l’aluminium, les alliages de titane présentent des propriétés mécaniques et un comportement chimique améliorés. Sur le marché, on trouve par exemple le Ti6Al4V proposé par EOS, le Ti6Al4V Grade 5 et le Ti6Al4V ELI Grade 2 d’Arcam.

L’impression 3D rend plus facile la fabrication des pièces en titane et évite les défauts obtenus avec les techniques traditionnelles lors de la phase de soudure. Cependant,  ce matériau est commercialisé à un prix très élevé, plus ou moins 50 fois supérieur à celui de l’acier.

Pièce aérospatiale en titane imprimée en 3D

Pièce destinée à l’aérospatiale imprimée en 3D à partir de titane

Le cobalt-chrome

Imprimées avec les procédés E-Beam (EBM) et DMLS, les pièces en alliages de cobalt présentent des propriétés supérieures à celles obtenues avec les méthodes de production traditionnelles, comme le moulage à la cire perdue.

Tout comme les alliages de titane, les alliages cobalt-chrome, comme le CoCrMo, sont très utilisés en médecine pour la fabrication de prothèses. Grâce à leur rigidité et leur résistance à l’usure, on les retrouve dans de nombreuses spécialités, comme l’orthopédie et l’odontologie. De plus, l’industrie automobile et aérospatial utilisent certains alliages cobalt-chrome-molybdène en raison de leur résistance à la chaleur.

EOS propose les alliages CobaltChrome MP1 et SP2 qui sont résistants à hautes températures (600 ºC). Arcam commercialise également l’ASTM F75, régulièrement utilisé pour la réalisation d’outillage et moules.

Implants dentaires imprimés en 3D (crédits photo : EOS)

Alliages à base de nickel

Les superalliages nickel-chrome comme l’Inconel 718 et l’Inconel 625 produisent des pièces métalliques solides et résistantes à la corrosion. Ces alliages sont souvent utilisés dans des environnements à fortes contraintes et à haute température, comme l’aéronautique, la pétrochimie et la course automobile.

crédits photo : I3DMFG

Métaux Précieux

Lorsque nous parlions de l’acier inoxydable, nous avons vu qu’il était possible d’ajouter de la colle pour injecter du bronze et de l’or sur un objet imprimé en acier. Il y a aussi une autre façon d’imprimer avec ces métaux, qui consiste à réaliser un moulage en métal fondu. Le métal fondu est coulé dans un moule fabriqué avec la méthode de la cire perdue et ensuite la finition s’effectue à la main. On retrouve ce procédé en bijouterie et pour la fabrication d’objets de petite taille. Il faut cependant prendre en compte les limites du moulage, les formes trop fines sont à éviter et une épaisseur minimum de 0,8 mm à 1 mm pour les parois est nécessaire. Enfin, pour les plus curieux, il faut savoir que l’or permet d’obtenir différentes nuances de couleurs (rose, blanc, jaune).

Enfin, il est important de noter qu’aujourd’hui il est possible de modifier la structure atomique du métal lors de l’impression afin d’avoir une solidification plus rapide et uniforme, ce qui peut avoir comme résultat un métal plus rigide et résistant.

Et vous, quels métaux utilisez-vous ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !

Les 4 commentaires

Rejoignez la discussion et laissez votre commentaire.

  1. […] nous vous l’indiquions dans un article précédent, plusieurs procédés utilisés dans l’industrie permettent d’imprimer des pièces en […]

  2. Dr Tétard Florent dit :

    A la fin du document , ce n’est pas la structure atomique mais la structure cristalline et la texture cristalline qui peuvent etre modifiées. on ne fait pas de la fusion ou de la fission nucléaire par ces procedés.

  3. Jack Teste-Sert dit :

    Merci de me faire connaître les imprimantes métal Acier / Aluminium les moins chères pour une utilisation de prototypes personnels, si elles existent, et les logiciels qui vont avec ‘genre Autocad…) ?

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