Qu'est-ce que l'impression 3D métal?

L’impression 3D métal a connu ces dernières années une croissance très rapide avec de nombreux développements technologiques, caractérisés par l’arrivée de fabricants ambitieux proposants des procédés de fabrication innovants et toujours plus abordables mais également un portefeuille de matériaux chaque jour un peu plus large.

L’impression 3D métal est prisée dans de nombreux secteurs comme l’aéronautique, l’automobile ou encore le médical car elle permet de créer des pièces métalliques complexes pour un prix relativement bas en comparaison à des techniques de fabrication traditionnelles comme l’usinage ou la coulée sous vide.

Grâce aux différentes imprimantes 3D métal commercialisées aujourd’hui, les opportunités sont plus nombreuses : entre la fusion sur lit de poudre, le dépôt de métal ou encore les systèmes hybride, les professionnels ont le choix! Découvrez notre guide pour tout savoir sur l’impression 3D métal, sur les matériaux, les acteurs, les applications…

impression 3D métal
L'impression 3D d'aluminium
impression 3D métal
Différentes technologies d'impression 3D métal existent aujourd'hui
impression 3D métal
Elles permettent de créer des pièces complexes

Les technologies d'impression 3D métal

Imaginée dès les années 1970, la fusion sur lit de poudre repose sur un principe relativement simple : une source d’énergie vient fritter ou fusionner une poudre métallique afin de créer couche par couche la pièce finale. La technologie la plus connue reposant sur ce principe est sans doute le Direct Metal Laser Sintering (DMLS) breveté dans les années 1990 par ERD et EOS.

Le dépôt de métal sous énergie concentrée pourrait s’apparenter au dépôt de matière fondue mais avec le recours au métal. On distingue notamment la méthode développée par l’Irepa Laser avec la Construction Laser Additive Directe (CLAD). La poudre est projetée par la buse et fusionnée à sa sortie via un faisceau laser pour former une sorte de cordon de soudage. Cette méthode permet d’imprimer directement sur une pièce à l’inverse de la fusion sur lit de poudre. Le français BeAM utilise cette technologie.

Dans les années 90, le CIRTES a développé une nouvelle méthode hybride combinant usinage et fabrication additive, la stratoconception. Tout commence avec la création d’un fichier STL ou CAO qui est alors décomposé en différentes strates dans lesquelles sont placés des inserts de positionnement et des renforts. Chacune de ces strates métalliques est alors fabriquée, que ce soit par micro-fraisage, découpe laser, découpe fil ou tout autre procédé de découpe. Elles sont ensuite assemblées pour former la pièce finie.

La projection à froid est un autre procédé, aussi connu sous le nom de Cold Spray. Le but est de lier les poudres métalliques entre elles en les projetant à froid sur un support. La projection est assurée en utilisant de l’hélium. C’est une méthode d’impression 3D métal encore peu utilisée aujourd’hui comparé aux autres car le gaz en question est relativement cher.

Certains fabricants ont mis au point leurs propres technologies brevetées qui viennent se distinguer des grandes familles déjà citées. On pense à la manipulation de métal liquide par magnétisme développée par Vader Systems ou encore la technologie inspirée du Metal Injection Molding dont s’est inspiré le français Pollen AM. Vous pouvez retrouver toutes les nouvelles technologies ici.

La technologie DMLS
impression 3D métal
La technologie CLAD
impression 3D métal
La projection à froid

Les métaux compatibles en fabrication additive

Parmi les métaux les plus utilisées en fabrication additive, on retrouve l’aluminium, le plus souvent sous forme d’alliage, qui offre à la fois légèreté et solidité. Il est principalement exploité pour créer des pièces où le poids est essentiel comme dans l’aéronautique et l’automobile par exemple. L’acier est aussi un matériau très prisé surtout dans l’industrie ; il offre de bonnes propriétés mécaniques ainsi qu’une belle finition de surface. C’est le matériau le plus utilisé dans la fabrication additive métal.

On retrouve également des matériaux comme le gallium, le colbat-chrome très présent pour les applications médicales, le titane qui offre une grande résistance à la corrosion et une biocompatibilité pour des applications médicales.

Les métaux précieux sont principalement employés dans la joaillerie et la bijouterie. Malgré un coût élevé, on retrouve l’or, l’argent et le bronze pour créer toutes sortes de bijoux plus ou moins complexes. Le principal challenge réside alors sur la finition de la pièce.

impression 3D métal
impression 3D métal
impression 3D métal

Les acteurs de la fabrication additive métal

Les entreprises qui se lancent dans l’impression 3D métal sont de plus en plus nombreuses ; toutefois, on peut distinguer les pionniers de la technologie. Parmi les premiers fabricants d’imprimantes 3D métal, on retrouve l’américain 3D Systems qui offre aujourd’hui une gamme complète de machines (via l’acquisition en 2013 du français Phenix Systems) ; SLM Solutions, un des pionniers de la fusion sélective laser avec les fabricants EOS et Concept Laser ; et enfin Arcam qui est à l’origine de la technologie de fusion par faisceau d’électrons dans les années 2000.

De plus en plus de constructeurs se lancent sur le marché de la fabrication additive métallique en proposant des technologies et imprimantes 3D à des coûts relativement bas comparées aux solutions industrielles qui existent aujourd’hui. C’est le cas de Desktop Metal avec ses imprimantes Studio System et Production System qui veut diviser par 10 le coût de l’impression 3D métal. Markforged s’est également placé sur ce créneau avec la Metal X capable de créer des pièces de 250 x 220 x 200 mm.

Si on quitte le continent américain, on retrouve le fabricant israélien XJet à l’origine de la technologie NanoParticle Jetting qui vient déposer des fines gouttelettes de métal. Enfin, le français Pollen AM s’est également lancé sur ce marché avec la Pam Series M.

impression 3D métal
EOS est un des acteurs historiques de la fabrication additive métal
impression 3D métal
Une pièce imprimée par Desktop Metal
impression 3D métal
La technologie de XJet vient déposer des fines particules de métal

Les applications de l'impression 3D métal

L’impression 3D métal est aujourd’hui principalement utilisée dans l’industrie pour créer des composants pour l’outillage ou des pièces finies que ce soit dans les secteurs aérospatial où elle est capable de produire des composants d’avion ou de moteurs de fusée; dans l’automobile où elle permet de produire des moules pour l’injection en série de milliers de composants ; du médical où elle vient créer des implants sur mesure notamment dans le domaine dentaire. La fabrication additive métal peut même être utilisée dans le secteur maritime pour concevoir des hélices de bateau.