Influence de la qualité de la poudre sur les résultats de l’impression

Ces dernières années, l’impression 3D est devenue une technologie de production puissante. Parallèlement aux procédés en espace libre ou à base de liquide, le procédé à base de poudre s’est imposé comme une méthode d’impression 3D courante. Qu’il s’agisse de poudres de métal, de plastique, de verre, de céramique ou de composites, toutes les poudres ont un point commun : le degré de séchage est un élément décisif dans la qualité du produit imprimé.

Procédés à base de poudre pour une large gamme d’applications

La fabrication additive peut désormais être utilisée pour produire de manière économique des prototypes, des composants et des produits, même en petites quantités, jusqu’à la taille de lot de 1. Dans le procédé à base de poudre, que l’on appelle aussi procédé sur lit de poudre, l’espace d’impression ou de construction est constitué d’une sorte de cuve. La poudre y est appliquée couche par couche et solidifiée avec un liant ou par augmentation de la température. On distingue fondamentalement la fusion sélective par laser (SLM, selective laser melting) et la fusion par faisceau d’électrons (EBM, Electron Beam Melting, ou EBAM, Electron Beam Additive Manufacturing).

Dans le cas de la fusion par laser, le matériau d’impression est fusionné au moyen d’un laser de haute puissance dans une atmosphère protectrice. Dans la fusion par faisceau d’électrons, un faisceau d’électrons assure la fusion de la poudre sous vide. L’impression sous vide présente l’avantage d’empêcher l’inclusion éventuelle d’oxygène dans le produit imprimé. Ce procédé convient à l’impression de métaux ayant un point de fusion très élevé comme le titane, à 1 668 °C, ou le platine, à 1 768 °C. Le procédé à base de poudre est utilisé de préférence pour la fabrication de produits complexes, notamment avec des structures difficiles, des surplombs et des cavités. Les résidus de poudre non solidifiée, qui peuvent être retirés et réutilisés par la suite, assurent une structure de support efficace pendant le processus d’impression. Les domaines d’application caractéristiques des produits imprimés selon un procédé à base de poudre englobent la fabrication d’outils, l’ingénierie mécanique et l’ingénierie des systèmes, de même que les industries aéronautique, aérospatiale et automobile ou les technologies médicales et dentaires.

Cas problématique : poudre d’impression trop humide

La difficulté intrinsèque des poudres d’impression est qu’elles sont très hydrophiles, c’est-à-dire qu’elles absorbent très facilement l’humidité. En outre, les cuves servant à remplir et à stocker la poudre sous pression sont très souvent en plastique et ne sont normalement pas étanches à la diffusion. Cela signifie donc a contrario que la teneur en humidité de la poudre d’impression augmente inévitablement avec le temps. Deux cuves du même fabricant peuvent contenir des qualités de poudre différentes malgré le même matériau de départ. Une poudre d’impression humide peut entraîner une fragilité, des fissures, des motifs zébrés, des surfaces de composants de mauvaise qualité et des inhomogénéités dans les produits imprimés. Cela est particulièrement contrariant pour l’impression de produits qui exigent une résistance maximale et une qualité élevée et constante. Il s’agit notamment d’outils spéciaux, de composants d’ingénierie mécanique et de produits de technologie dentaire, qui sont souvent fabriqués à partir de matériaux en poudre coûteux comme les alliages de titane et de platine. Indépendamment du type de matériau en poudre, le degré de sécheresse de la poudre est un élément essentiel à la qualité du produit imprimé dans les procédés de fabrication additive. Plus la poudre est sèche, plus elle est fluide et meilleure est sa capacité de fusion au laser, ce qui favorise le résultat de l’impression.

Les sécheurs sous vide garantissent une poudre uniformément sèche

Les sécheurs dits « sous vide » représentent une innovation. Un processus de séchage sous vide associé à de basses températures est adapté au séchage de matériaux de haute qualité comme la poudre métallique. Lors du séchage sous vide, l’eau liée à la poudre à sécher est évaporée (sublimée) à basse température et sous pression. Les puissants sécheurs sous vide sèchent la poudre avec une humidité résiduelle de 1 ppm seulement.

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