#Startup3D : Mantle et son procédé de fabrication additive métal à base de pâte

Mantle, une jeune startup américaine, a fait parler d’elle en février 2021 avec le lancement de sa technologie TrueShape. Ce procédé de fabrication additive breveté se distingue des autres méthodes d’impression 3D métal du marché en utilisant une pâte comme matériau d’impression et en étant le premier à combiner création de pièces brutes et finition de précision. Grâce à la précision que permet sa technologie, la startup la considère comme particulièrement utile pour des applications telles que l’outillage. Et avec des clients comme l’Oréal et Westminister Tools, il est clair que la jeune pousse a un bel avenir devant elle. Nous avons rencontré Ted Sorom, PDG et cofondateur de Mantle, pour en savoir plus.

3DN : Pouvez-vous vous présenter ainsi que votre lien avec la fabrication additive ?

Bonjour, je m’appelle Ted Sorom et je suis le PDG et cofondateur de Mantle. Je suis ingénieur en conception mécanique de formation et j’ai passé la majeure partie de ma carrière à développer et à lancer de nouveaux produits. Tout au long de mes expériences professionnelles, j’ai utilisé la fabrication additive polymère pour le prototypage. Je me suis aventuré dans l’impression 3D métallique lorsque j’ai vu l’opportunité de redéfinir la façon dont les produits de masse sont fabriqués en combinant mes connaissances en matière d’outillage et la nouvelle méthode d’impression métallique de précision de Mantle.

Les cofondateurs de Mantle – Steve Connor (gauche) et Ted Sorom (droite)

Lorsque je suis devenu ingénieur, tout juste sorti de l’école supérieure, j’ai rejoint une entreprise verticalement intégrée qui fabriquait des équipements haut de gamme à l’aide de pièces métalliques usinées par CNC et de pièces en plastique moulées par injection que nous fabriquions en interne. Comme nous étions une petite entreprise, j’ai pu faire un peu de tout : je concevais les pièces et les moules à l’étage, puis je descendais fabriquer les moules avant de les mettre en production. J’ai pu constater de visu combien le processus de fabrication d’outils était long et coûteux, même pour une simple pièce en plastique. Le calendrier de lancement de nos nouveaux produits était conditionné par l’outillage. Malheureusement, mon expérience n’est pas unique. Chaque jour, nous travaillons avec des entreprises qui luttent pour mettre leurs produits sur le marché en raison du processus de fabrication d’outils, long et coûteux.

3DN : Pouvez-vous nous en dire plus sur Mantle ?

Mon cofondateur, Steve Connor, et moi-même avons fondé Mantle pour accélérer considérablement l’introduction de nouvelles productions par l’impression 3D.  Dès le début, nous avons été en mesure d’imprimer des pièces avec un tout nouveau niveau de finition de surface et de précision qui, pour la première fois, étaient applicables à l’outillage. Nous avons ensuite passé plusieurs années à améliorer notre processus et à développer les aciers à haute dureté appropriés à l’industrie de l’outillage. Notre approche est plus ciblée que celles de la plupart des entreprises du monde de l’impression 3D car nous connaissons le problème que nous résolvons.

Steve est un brillant chimiste qui a passé la première partie de sa carrière à se spécialiser dans les nanoparticules et les pâtes métalliques. Il a réussi à mettre au point un produit de remplacement moins coûteux que les pâtes d’argent utilisées dans l’industrie solaire. Il a ensuite cherché à savoir si une technologie similaire pouvait être utilisée pour la fabrication additive. Nous avons commencé à développer ces pâtes et notre processus d’impression 3D et avons obtenu d’excellents résultats. Nous avons affiné notre technologie au cours des cinq dernières années et avons prouvé que notre approche fonctionne. Comme je le décris ci-dessous, ces pâtes métalliques constituent le fondement de notre technologie.

Une pièce réalisée par Mantle avant les étapes de post-traitement (crédits photo : Mantle)

3DN : Comment décririez-vous votre technologie TrueShape ?

TrueShape est un procédé hybride additif/soustractif qui permet d’imprimer en 3D des pâtes métalliques avant d’affiner la surface de la pièce par un usinage soustractif traditionnel. Il se distingue des autres procédés d’impression 3D métal car les pièces issues de notre procédé sont très précises et ne nécessitent pas de post-traitement important. Elles sont précises, présentent une finition de surface exceptionnelle et possèdent les propriétés mécaniques des aciers à outils standard.

Notre processus commence avec notre matériau en pâte métallique. Cette pâte se compose de particules métalliques et de supports liquides que nous extrudons pour construire les pièces couche par couche. Ensuite, nous chauffons et séchons la pâte à l’intérieur de l’imprimante, ce qui élimine le support liquide et laisse un « corps vert » relativement mou qui peut être usiné rapidement et facilement. L’usinage crée la précision, la finition de surface et les caractéristiques nécessaires aux pièces de précision comme les moules. L’étape finale est le frittage, qui est important car il permet la densification finale des particules de métal et établit les propriétés définitives du matériau. Nous frittons dans un four à haute température qui porte la température de la pièce juste en dessous du point de fusion du matériau, puis la refroidit. Lorsque les pièces sortent du four, elles sont des aciers à outils de haute dureté avec des surfaces extraordinairement lisses qui peuvent être utilisées directement dans des applications d’outillage de moules à injection sans post-traitement des surfaces des moules.

3DN : Quels sont les avantages de TrueShape par rapport aux autres procédés 3D ?

Pour qu’une technologie d’impression 3D soit efficace pour une application, elle doit répondre à ses exigences spécifiques. Les outils et les moules de précision ont plusieurs exigences critiques, notamment : des matériaux en acier à haute dureté ; une finition de surface exceptionnelle pour que les surfaces moulées soient lisses ; une grande précision – un moule trop grand ou trop petit de la moitié de la largeur d’un cheveu humain ne fonctionnera pas.

Grâce au procédé TrueShape de Mantle, les pièces peuvent être finement détaillées et précises (crédits photo : Mantle)

Notre procédé TrueShape est unique car il permet de répondre à ces exigences sans nécessiter de post-traitement long et coûteux. Nous produisons des pièces très précises avec un état de surface exceptionnel (1-3 um Ra) comparable à l’état de surface des moules fabriqués de manière conventionnelle. De plus, nous avons développé nos matériaux pour qu’ils se comportent exactement comme les aciers à outils que les outilleurs utilisent aujourd’hui, ce qui permet de prolonger la durée de vie des moules et de les ajuster par texturation, polissage, usinage et soudage.

TrueShape peut également être utilisé pour produire des conceptions de moules impossibles à réaliser de manière conventionnelle, comme des lignes de refroidissement conformes, qui améliorent les performances des moules.

D’autres procédés d’impression 3D métal ont été utilisés par le passé pour les outils et les moules, mais ils nécessitent tous un post-traitement important. Celui-ci augmente le temps et le coût du moule ; par conséquent, l’adoption n’a pas été généralisée.

Le procédé de TrueShape est plus rapide et moins coûteux que les autres procédés d’impression 3D et les méthodes traditionnelles de fabrication de moules.

3DN : Mantle a créé une pâte métallique fluide exclusive. Comment fonctionne-t-elle et quels sont ses avantages ?

Nous avons choisi d’utiliser des pâtes pour plusieurs raisons, notamment parce qu’elles ont le format le plus efficace pour fabriquer des composants de précision comme les moules. Nous formulons nos pâtes de manière à ce qu’elles soient optimisées pour notre processus d’impression et qu’elles présentent les propriétés requises pour les aciers à outils à haute dureté.

Mantle utilise des pâtes exclusives pour sa technologie d’impression 3D métal (crédits photo : Mantle)

Les pâtes présentent plusieurs avantages : elles peuvent être extrudées comme d’autres procédés d’impression 3D peu coûteux et ne nécessitent pas de lasers pour faire fondre les particules de poudre ; les pâtes ne nécessitent pas une étape de déliantage séparée ; elles n’exigent pas le même type de manipulation spéciale et de protocoles de sécurité que les poudres ; les pâtes se rétractent beaucoup moins que les autres technologies de frittage utilisant des poudres métalliques, ce qui améliore la précision de la pièce imprimée.

Mais en fin de compte, nous avons constaté que les pâtes sont le format le plus efficace pour produire une large gamme de matériaux avec une grande précision et une finition de surface exceptionnelle.

3DN : Un dernier mot pour nos lecteurs ?

Nous sommes ravis de mettre cette technologie sur le marché. Nous avons passé nos cinq premières années à la développer discrètement et à travailler avec quelques entreprises pour nous fournir des retours et valider notre procédé. Ces entreprises – notamment des fabricants d’outils, des mouleurs et des équipementiers de différents secteurs – ont contribué à créer des preuves que nous pouvons désormais partager publiquement. Par exemple, un grand fabricant de lave-vaisselle utilise un insert d’outil de Mantle en production et a déjà plus de 200 000 prises de vue de cet outil. Notre outil a réduit le délai de 70 % et le coût de plus de 65 %. Une grande entreprise de dispositifs médicaux a utilisé Mantle pour réduire le temps de fabrication d’un moule prototype de 7 semaines à 8 jours – et a réduit les coûts de plus de 50 %. Nous sommes ravis de pouvoir désormais travailler avec d’autres entreprises et de les aider à améliorer leurs processus de fabrication d’outils et de développement de produits.

Que pensez-vous du procédé d’impression 3D métal de Mantle ? 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 !