La réutilisation de la poudre métallique en fabrication additive

Au cours des dix dernières années, la fabrication additive métallique s’est implantée dans le secteur industriel. Encore largement utilisée pour le prototypage, cette technologie atteint lentement un état de maturité qui permettra la production en série de pièces d’utilisation finale. Les procédés de fabrication additive métal reposent souvent sur des poudres (parfois des fils métalliques) pour fabriquer des pièces. Comme l’explique Canadian Metalworking, au début du développement de l’impression 3D métal, la poudre spécialement conçue pour cette technologie n’était pas encore aussi accessible qu’aujourd’hui. Par conséquent, les fabricants devaient travailler avec des restes et des déchets de poudre aux spécifications très générales. Maintenant, il est bien plus facile de trouver une poudre métallique adaptée à la fabrication, avec les bonnes propriétés. Comment les fabricants peuvent-ils recycler ce matériau ? Quels sont les facteurs qui viendront impacter la réutilisation de la poudre métallique ?

Dans un article publié par Canadian Metalworking, la question de la réutilisation de la poudre métallique est posée. Comme beaucoup d’entre vous le savent peut-être, l’un des avantages de la fabrication additive par rapport aux techniques de fabrication conventionnelles est que les matériaux peuvent être recyclés. La clé est de maintenir la poudre sous les spécifications correctes pour le processus de fabrication additive. Dans le procédé d’impression 3D en métal le plus populaire, également connu sous le nom de fusion laser sur lit de poudre (LPBF en anglais), seule une petite quantité de matériau est fusionnée pour créer un objet, le reste est laissé intact. On peut alors récupérer la poudre intacte : on a alors un taux de « refresh » plus ou moins élevé qui permettra à l’utilisateur de mélanger de la poudre déjà utilisée avec une nouvelle. Un processus qui réduit généralement les coûts de production car la poudre métallique reste chère : les utilisateurs ne peuvent pas se permettre d’en gâcher.

La recyclabilité dépend donc en grande partie du matériau utilisé – étant donné que chaque matériau vieillit différemment. Lucy Grainger, ingénieur d’application senior chez Renishaw, expliquait à Canadian Metalworking : « Les différents aciers ne sont pas aussi susceptibles de se dégrader en termes de propriétés chimiques que le titane ou les alliages d’aluminium. En général, la répartition de la taille de la poudre doit être de type courbe en cloche. La poudre doit être généralement sphérique plutôt qu’angulaire, ce qui facilite l’écoulement. Ainsi, lorsque nous dosons les couches, c’est cohérent et répétable à chaque fois. » Le nombre de cycles de réutilisation est limité par le degré de dégradation du matériau avant qu’il ne réponde plus aux spécifications.

Chaque poudre aura des performances différentes selon la solution d’impression utilisée – certains fabricants ne prennent d’ailleurs pas cette information en compte. Cependant, il est essentiel de comprendre comment un matériau fonctionne sur une machine, ce qui implique de réaliser des expériences de validation au préalable. De plus, le type de pièce que vous créez aura une incidence sur la réutilisation de la poudre. Par exemple, une pièce complexe telle qu’une structure lattice aura plus de zones affectées par la chaleur qu’une pièce simple (la source de chaleur n’a en effet besoin d’intervenir que sur les bords). Or, plus la poudre est proche de la source de chaleur où le processus de fusion a lieu, plus la poudre vieillit rapidement : la poudre d’une pièce complexe aura donc tendance à vieillir plus vite.

Enfin, Canadian Metalworking aborde la question de l’architecture de l’imprimante 3D elle-même. Lucy Grainger explique : « Avec la chimie des poudres, l’environnement dans la chambre de construction a un rôle clé à jouer. Dès que la machine projette le laser sur la poudre et la chauffe, selon le matériau, la poudre fondue et les particules de la zone affectée par la chaleur vont aspirer toutes les molécules d’oxygène, d’azote et d’eau disponibles dans la chambre. » Par conséquent, une chambre de construction correctement fermée peut prolonger les cycles de réutilisation des matériaux en empêchant l’air et l’humidité de pénétrer dans l’atmosphère de la chambre de construction. Retrouvez l’ensemble de la recherche ICI.

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