Tout savoir sur l’impression 3D d’acier

L’acier est un métal bien connu dans le secteur de la production industrielle et de l’impression 3D. Il s’agit d’un alliage à base de fer (Fe) avec d’autres éléments, principalement le carbone (C), mais aussi d’autres matériaux comme le zinc (Zn) ou le silicium (Si). Ces alliages modifient les propriétés du fer en fonction de la combinaison obtenue, générant un matériau plus résistant ou moins oxydable. Il s’agit d’un métal largement utilisé comme ressource dans la construction, ainsi que comme matière première pour divers outils et pièces mécaniques. Pour mieux comprendre les propriétés de ce métal, ses applications et sa compatibilité avec l’impression 3D, nous vous proposons ce guide complet.

Caractéristiques du matériau

L’acier est un matériau qui, comme d’autres types de métaux en poudre, peut être obtenu par différents procédés. Le plus courant d’entre eux est l’atomisation, qui consiste à faire fondre le métal ou l’alliage, puis à le disperser en une fine pulvérisation. Grâce à des jets de gaz ou d’eau à haute pression, le métal en fusion est divisé en petites gouttelettes qui se solidifient en particules de poudre lorsqu’elles refroidissent. L’utilisation de gaz inertes (tels que l’azote ou l’argon) permet de minimiser l’oxydation de la poudre au cours du processus. Par la suite, les poudres métalliques peuvent être mélangées à des éléments d’alliage ou à d’autres poudres afin d’obtenir la composition chimique souhaitée. Les types d’acier les plus couramment utilisés dans l’impression 3D sont les suivants :

• 316L : il s’agit de l’acier inoxydable le plus utilisé dans l’impression 3D. Composé de fer, de chrome, de nickel et de molybdène, ce métal à faible teneur en carbone présente une résistance élevée à la corrosion et aux piqûres, une grande ductilité et de bonnes propriétés thermiques.
• Martensitique : il s’agit d’un type d’acier fortement allié au chrome et à d’autres éléments, nommé ainsi parce que sa structure métallographique est constituée de martensite. Il peut offrir des performances de haute résistance similaires à celles de l’aluminium à poids égal, mais il est nettement plus économique.
• 17-4PH : ce matériau, qui est également inoxydable, se caractérise par une limite d’élasticité élevée et une bonne résistance à la corrosion et à l’usure. Le 17-4 PH est l’un des principaux aciers trempables et est compatible avec la fabrication additive.
• 304 : il s’agit d’un acier inoxydable austénitique qui contient des éléments formant de l’austénite. Il contient généralement un minimum de 18 % de chrome et 8 % de nickel, associés à un maximum de 0,08 % de carbone. Il offre une bonne soudabilité, une bonne résistance à la corrosion et à l’oxydation, ainsi qu’une excellente ténacité.

Dans la grande famille des aciers, un certain nombre d’entre eux sont compatibles avec la fabrication additive

Les procédés d’impression 3D avec de l’acier

L’acier est compatible avec toutes les technologies d’impression 3D métal. La plus courante est la fusion sur lit de poudre, où un laser ou un faisceau d’électrons est utilisé pour fondre la poudre de métal en une couche solide. Le liage de poudre, également connu sous le nom de binder jetting (BJ), est une autre technique d’impression 3D compatible avec l’acier. Dans ce cas, la poudre métallique est étalée sur le plateau d’impression, puis liée à un liant déposé aux endroits où le métal doit être fusionné. Enfin, il est également possible de créer des pièces en acier en utilisant la technologie DED (Direct Energy Deposition). Dans ce cas, le matériau peut se présenter sous la forme d’une poudre ou d’un filament, qui est déposé au fur et à mesure de sa fusion avec un laser ou un faisceau d’électrons comme source d’énergie.

Quelle que soit la méthode utilisée, les étapes sont répétées couche par couche jusqu’à l’obtention de la pièce finale. En outre, lorsque l’on travaille avec du métal, une fois le processus de fabrication additive terminé, un post-traitement approprié est nécessaire. Cela comprend l’élimination de la poudre non fondue, dans le cas des technologies BJ et PBF, mais aussi l’utilisation de différents outils de finition de surface si le procédé DED a été utilisé.

Principales applications et prix

L’impression 3D d’acier peut être utilisée dans une grande variété d’applications. La plupart d’entre elles sont mises en œuvre dans les secteurs les plus exigeants, où des pièces de haute qualité aux propriétés avancées sont requises. L’une d’entre elles est la médecine. En tant que matériau biocompatible, l’acier est utilisé pour créer toutes sortes d’implants personnalisés, de dispositifs médicaux et d’instruments chirurgicaux de haute précision. En outre, ses bonnes propriétés mécaniques, telles que la résistance à la corrosion et aux températures élevées, le rendent intéressant pour les industries aérospatiale et automobile. Les applications comprennent notamment les systèmes d’échappement, les moules d’injection, l’outillage, les pièces d’extrémité, les supports et les fixations.

Crédits photo : Sculpteo

Les technologies d’impression 3D de métaux sont plus complexes que la fabrication additive de plastiques ou de résines. Bien que l’acier ne soit pas un métal précieux, sa poudre peut être coûteuse. En outre, les matériaux chauffés à leur point de fusion nécessitent un long temps de refroidissement, ce qui réduit l’utilisation de la machine par rapport à la technologie SLS. Par conséquent, le coût du matériau et de la machine, qui nécessite souvent un investissement initial élevé, sont des facteurs à prendre en compte. En fonction de chaque application et de chaque utilisateur, il faudra évaluer s’il est rentable de l’adopter malgré les excellents résultats obtenus sur les pièces métalliques.

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*Crédits photo de couverture : Materialise