Avantages et inconvénients du procédé Metal Binder Jetting

Quels sont les avantages du procédé Metal Binder Jetting (MBJ) ?

Le Metal Binder Jetting (MBJ) est un procédé de fabrication additive du métal qui, par définition, possède tous les avantages liés à l’impression 3D :

 

  • Liberté de conception (formes et géométries complexes, non faisables par des moyens conventionnels, personnalisation)
  • Délais courts
  • Technologies vertes (énergies, consommation de matière, réduction des stocks, réduction des assemblages, empreinte carbone de la fabrication, …)

 

Le Metal Binder Jetting est une technologie émergente avec des avantages indéniables qui en font un procédé d’avenir. Il se distingue des autres technologies d’impression 3D par plusieurs avantages.

Procédé économique pour une très large gamme de quantités de pièces

Tout d’abord, le Metal Binder Jetting (MBJ) est le procédé de fabrication additive métal le plus productif du marché. Aujourd’hui, certaines machines de MBJ sont capables de produire jusqu’à 7 dm3 de pièces par heure, ce qui est environ 30 fois supérieur aux machines de fusion laser sur lit de poudre.

Cette productivité s'illustre par une large gamme de nombre de pièce et d'une baisse significative des coûts. En effet, le Metal Binder Jetting s'adapte à la production de 1 à 100 000 pièces par an.

Aucun support d’impression

Contrairement au LBM, la phase d’impression ne nécessite pas de support de fabrication. Cela veut dire que les pièces peuvent être « empilées » dans la boite de fabrication. Il n’y a donc pas besoin d’étape d’usinage spécifique après le procédé.

Bon état de surface

La rugosité de surface des pièces brutes de frittage (c’est-à-dire sans aucun post-traitement) est d’environ 6 m Ra (généralement comprise entre 4 et 10 µm Ra suivant comment les orientations influent sur l'effet du liant et l'effet « escalier »). Les autres technologies d’impression 3D industriel donnent généralement lieu à des rugosités de surface supérieures à 10 µm Ra, hors post-traitement. Partir d’un bon état de surface permet d’atteindre plus aisément des niveaux de rugosité très bas avec des étapes de post-traitements. Par exemple, avec une simple étape de sablage il est possible d’atteindre un état de surface de 2 µm Ra. En combinant différents post-traitements il est alors possible d’obtenir des états de surface poli-miroir.

Contrairement au LBM, la phase d’impression ne nécessite pas de support de fabrication. Cela veut dire que les pièces peuvent être « empilées » dans la boite de fabrication. Il n’y a donc pas besoin d’étape d’usinage spécifique après le procédé.

Précision et qualité dimensionnelle

Le procédé MBJ permet d’atteindre une précision de l’ordre de ±0,5% sur les côtes dimensionnelles avec une résolution de 35 µm.

Cela permet d’atteindre une qualité de détails équivalente ou supérieure aux autres technologies d’impression 3D.

Large panel de matériaux éligibles

La technologie Metal Binder Jetting est basée sur le procédé de frittage de poudre. Le frittage de poudre permet d’adresser une très large gamme de matériaux. A ce jour cependant, les matériaux matures restent limités.

À titre d’exemple, les technologies laser sur lit de poudre (LBM) ne peuvent adresser que les matériaux soudables.

Homogénéité de la microstructure

Le frittage permet d’obtenir une microstructure homogène des matériaux qui assure une meilleure répétabilité en termes de tenue mécanique.

À titre de comparaison, les technologies LBM fonctionnent par cordons de soudure, rendant ainsi la microstructure inhomogène.

L’impression 3D métal MBJ est-il synonyme d’éco conception et d’éco production ?

La technologie de l'impression 3D métallique et plus spécifiquement la technologie MBJ offre à la fois une éco conception et une éco production grâce aux aspects suivants :

La capacité d'optimiser la structure pour réduire la quantité de matière employée. (Exemple : structure lattice)

L'utilisation d'uniquement la quantité nécessaire de matière.

Réduction de la consommation énergétique car moins énergivore que les autres technologies.

La réutilisation de la poudre non liée.

La limitation de la production au strict nécessaire grâce à sa rapidité de production.

La réduction des étapes de production et du nombre de transport qui en découle.

lancement d'une impression 3D métal

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Quels sont les verrous du procédé metal binder jetting (MBJ) ?

Le Metal Binder Jetting est lié à certaines contraintes qui ne le rendent pas accessible au plus grand nombre et peut nécessiter la complémentarité d’autres technologies.

Investissements conséquents

Le Metal Binder Jetting est un procédé comprenant plusieurs étapes de fabrication et nécessitant plusieurs équipements associés (machine d’impression, mélangeur, dépoudreuse/tamiseuse, étuves, four de frittage, équipements de post-traitement). La totalité du système peut entrainer un investissement budgétaire non négligeable. Ainsi, pour accéder à un procédé à la fois industriel et compétitif, le poste de dépense le plus important est le four de frittage et ses équipements. 

 

Concernant cet aspect, la société Poral dont le frittage est le cœur de métier, a pu accéder au MBJ en limitant son investissement initial.

 

À noter qu’il y a également un investissement humain à prendre en considération car à ce jour existent aussi des étapes manuelles qui demandent du temps opératoire (gestion des pièces à vert, dépoudrage, posage pour le frittage, dépose couche pour séparation des supports, …).

Maitrise technique importante

Le frittage entraine un retrait de la pièce c’est-à-dire une diminution en volume de plus de 40%. La maitrise de ce retrait au frittage est donc primordiale pour obtenir des pièces aux bonnes dimensions.

Sur certaines typologies de pièces, une mise au point par boucle itérative peut s’avérer nécessaire pour tenir des tolérances serrées.

De nombreux matériaux encore à développer

Parmi les technologies d’impression 3D, un des points forts du MBJ est son panel de matériaux éligibles, bien qu’à l’heure actuelle celui-ci connaisse encore des limites. Vous trouverez ici les matériaux disponibles aujourd’hui sur le marché en MBJ.

 

Le développement des matériaux utilisables en MBJ occupe à ce jour une place centrale chez les fabricants de machines, les centres techniques ainsi que les industriels qui utilisent cette technologie comme la société PORAL

Quelques typologies de pièces inopportunes pour le MBJ

D’une manière générale, le MBJ est préférentiellement dédié aux pièces de taille limitée car l’étape de dépoudrage des pièces vertes s’avère délicate pour celles de très grande taille. L’ordre de grandeur de la majorité des pièces réalisée en MBJ entrent dans un cube de 100mm de côté avec une longueur pouvant aller jusqu’à 250mm.

Le MBJ est aussi limitant pour des épaisseurs de parois très fines (inférieures à 0,5mm) ou très épaisses (supérieures à 3cm).

Certaines typologies de pièces ne présentent pas (ou peu) d’intérêt à être fabriquées en MBJ et d’autres procédés seront plus appropriés, d’un point de vue technique ou économique, pour des pièces de formes simples, facilement usinable. Ceci est valable également pour des pièces avec des tolérances serrées. Bien qu’ayant une résolution et une répétabilité très satisfaisante comparées à d’autres technologies d’impression 3D, le procédé MBJ sera limité à des tolérances à  ±0,5%. Dans certains cas, la combinaison du MBJ et de l’usinage peut être une solution optimale. 

Pour plus d’informations sur les contraintes de cette technologie, contactez-nous !

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