Poudre métallique pour l'impression 3D au Canada

Aperçu des poudres métalliques pour l'impression 3D

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additiveL'impression 3D a révolutionné les processus de fabrication pour les applications de prototypage et de production. Contrairement aux techniques soustractives traditionnelles qui enlèvent de la matière, l'impression 3D construit des composants couche par couche sur la base d'un modèle numérique en 3D.

L'impression 3D de métaux, en particulier, permet de fabriquer des géométries complexes et légères présentant une grande solidité et une résistance thermique élevée à l'aide de diverses poudres d'alliage. La fine poudre métallique est sélectivement fondue par une source de chaleur telle qu'un laser ou un faisceau d'électrons pour fusionner les couches.

Le Canada est en train de devenir un centre de premier plan pour l'impression 3D métallique, avec des fournisseurs de matériaux, des bureaux de services et des fabricants de pièces d'utilisation finale qui adoptent la technologie. Cet article donne un aperçu complet des poudres métalliques utilisées pour les applications d'impression 3D au Canada.

Types de poudres métalliques utilisées dans l'impression 3D

Plusieurs alliages sont utilisés pour créer des pièces métalliques imprimées en 3D :

Alliage Poudre	Propriétés principales	Applications
Poudre d'acier inoxydable	Résistance à la corrosion, haute résistance, résistance à l'usure	Aérospatiale, automobile, produits de consommation
Poudre d'alliage d'aluminium	Léger, haute conductivité thermique	Aérospatiale, automobile
Poudre d'alliage de titane	Rapport résistance/poids élevé, biocompatibilité	Aérospatiale, implants médicaux
Poudre de chrome cobalt	Haute résistance, résistance à l'usure, biocompatibilité	Implants médicaux, outillage
Poudre d'alliage de nickel	Résistance à la chaleur, résistance à la corrosion	Aérospatiale, pétrole et gaz
Poudre de cuivre	Conductivité thermique et électrique élevée	Électronique, échangeurs de chaleur

Les poudres métalliques les plus couramment utilisées dans l'impression 3D sont les aciers inoxydables, les alliages de titane, les superalliages de nickel et les alliages cobalt-chrome. Le choix dépend des exigences mécaniques, de la résistance à la corrosion nécessaire, des performances à haute température, des considérations de poids, de la biocompatibilité et du coût.

Méthodes de production de poudres métalliques

Les poudres métalliques peuvent être produites à l'aide de diverses méthodes, chacune donnant des poudres ayant des caractéristiques différentes adaptées aux processus d'AM :

• Atomisation du gaz - Le gaz à haute pression brise le flux de métal en fusion en fines gouttelettes qui se solidifient en particules sphériques idéales pour l'impression 3D.
• Vaporisation de l'eau - Moins coûteux mais produisant des particules de forme plus irrégulière
• Atomisation par plasma - Permet de pulvériser des alliages réactifs tels que le titane et l'aluminium dans une atmosphère inerte.
• Atomisation par gaz de fusion par induction d'électrode (EIGA) - Combine la fusion par induction et l'atomisation au gaz pour de petites quantités d'alliages spécialisés
• Fraisage mécanique/alliage - Broyage à billes de poudres métalliques pour obtenir des microstructures et des formes de particules spécifiques

Les techniques d'atomisation permettent un contrôle précis de la composition de la poudre, de la morphologie, de la structure des grains, de la distribution de la taille des particules et des caractéristiques d'écoulement nécessaires pour obtenir des pièces imprimées en 3D de haute qualité.

Spécifications des poudres métalliques

Les poudres métalliques utilisées dans la fabrication additive doivent répondre à des spécifications strictes :

• Taille des particules - Généralement de 10 à 45 microns
• Morphologie - Les particules sphériques, exemptes de satellites, permettent un bon écoulement et un conditionnement dense.
• Composition chimique - Contrôle étroit pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées
• Microstructure - Dépend de la vitesse de solidification pendant l'atomisation
• Caractéristiques de l'écoulement des poudres - Affecte l'uniformité de l'étalement lors de l'impression

Il est essentiel de maintenir la cohérence de ces caractéristiques de poudre pour obtenir des composants métalliques imprimés en 3D fiables et sans défaut.

Fournisseurs de poudres métalliques au Canada

Le Canada compte un nombre croissant d'entreprises produisant et fournissant des poudres métalliques pour l'industrie de l'AM :

Principaux fournisseurs de poudres métalliques au Canada

Entreprise	Localisation	Matériaux
ATI Powder Metals	Barrie, Ontario	Alliages de nickel, de cobalt et de titane
Praxair Surface Technologies	Indianapolis, Indiana ; Produit au Canada	Titane, nickel, acier inoxydable, chrome cobalt
Sandvik Osprey	Neath, Pays de Galles ; entrepôt à Windsor, Ontario	Acier inoxydable, acier maraging, chrome cobalt, tantale, niobium
Additif pour charpentier	Reading, Pennsylvanie ; entrepôt à Ancaster, Ontario	Aciers inoxydables, chrome cobalt, titane, aluminium, cuivre, alliages de nickel
Höganäs	Halmstad, Suède ; Toronto, Ontario	Acier inoxydable, acier à outils, acier faiblement allié
AP&C	Laval, Québec	Titane, tantale, alliages d'aluminium

Ces grands producteurs de poudres métalliques se sont implantés au Canada pour être proches du marché en pleine croissance. Ils proposent une large gamme d'alliages répondant aux exigences des applications d'impression 3D dans les domaines de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile et de l'industrie.

En outre, le Canada abrite des producteurs de poudres métalliques spécialisées comme Nanosteel, Quebec Metal Powders et GKN Powder Metallurgy, qui se concentrent sur les alliages sur mesure. Des universités comme McGill, UBC et Waterloo disposent également de capacités de production de poudres à des fins de recherche.

Coût des poudres métalliques

Les poudres métalliques représentent une part importante des coûts d'exploitation de l'AM des métaux. Les prix varient considérablement en fonction de la composition, des exigences de qualité et des volumes d'achat :

Matériau	Fourchette de prix
Acier inoxydable	$45 - $105 par kg
Titane Ti64	$350 - $500 par kg
Superalliages de nickel	$90 - $250 par kg
Chrome cobalt	$110 - $350 par kg

Les poudres d'acier inoxydable et d'acier faiblement allié sont les plus économiques, tandis que les alliages de titane, de nickel et de cobalt utilisés dans les applications critiques sont beaucoup plus coûteux.

Les poudres de haute qualité répondant à des spécifications aérospatiales et médicales strictes sont vendues au prix fort. Les alliages sur mesure et les achats de petits lots augmentent également les coûts de manière significative. La réutilisation des poudres surdimensionnées et récupérées permet de réduire les dépenses.

Dans l'ensemble, les coûts des poudres diminuent à mesure que la production augmente. Mais les coûts des matériaux restent un facteur limitant, en particulier pour les petits acheteurs. Les acheteurs plus importants ont plus de poids pour obtenir des remises de la part des producteurs de poudres métalliques.

Applications de l'impression 3D sur métal au Canada

La fabrication additive métallique est de plus en plus adoptée par plusieurs industries au Canada :

Aérospatiale

• Composants complexes en titane et en alliage de nickel, tels que les conduits, les boîtiers et les raccords structurels
• Alléger les géométries difficiles pour réduire la consommation de carburant
• Nombre de pièces réduit Assemblages consolidés en une seule pièce
• Réparations et pièces détachées sur mesure pour les avions anciens

Médical

• Implants orthopédiques tels que les implants de la hanche, du genou et de la colonne vertébrale en titane et en chrome cobalt.
• Implants spécifiques au patient adaptés à l'anatomie grâce aux scanners 3D
• Structures poreuses pour favoriser la croissance osseuse
• Guides de coupe et outils chirurgicaux imprimés à la demande

Automobile

• Pièces légères en aluminium et en titane
• Outillage personnalisé (gabarits, montages, pinces)
• Production en petite quantité de supports, de boîtiers et de collecteurs
• Accessoires personnalisés et composants de tuning du marché de l'après-vente

Pétrole et gaz

• Composants en acier inoxydable pour vannes, pompes, raccords
• Pièces en alliage de nickel résistantes à la corrosion pour l'équipement des têtes de puits
• Pièces de rechange personnalisées et uniques sur les plates-formes offshore

Biens de consommation

• Produits personnalisés tels que bijoux, figurines, quincaillerie imprimés en métaux précieux
• Produits haut de gamme en acier inoxydable en édition limitée (montres, stylos, sculptures)
• Orthodontie sur mesure, implants dentaires, composants prothétiques

Ces industries adoptent l'AM des métaux au Canada pour sa liberté de conception, la consolidation des pièces, l'allègement, les gains de performance, la personnalisation de masse et les capacités d'inventaire numérique.

Fournisseurs de services pour l'impression 3D sur métal au Canada

Outre les fournisseurs de pièces, le Canada dispose d'un solide réseau de bureaux de services spécialisés dans la fabrication additive métallique :

Principaux bureaux de services d'impression 3D sur métal au Canada

Entreprise	Localisation	Matériaux et procédés
3DSP	Toronto, Ontario	Titane, Inconel, Acier inoxydable - Frittage laser direct de métaux
Technologies de fabrication additive	Ontario	Titane, acier, aluminium, Inconel - Fusion laser sur lit de poudre
Métal express	Ontario	Acier inoxydable, acier à outils, titane, aluminium - Fusion laser sur lit de poudre
Métallurgie canadienne	Vancouver	Acier inoxydable, aluminium, acier à outils - Fusion laser sur lit de poudre
Laboratoires Aurora	Vancouver	Titane, alliages de nickel - Dépôt direct d'énergie
Burloak Technologies	Ontario	Titane, aluminium, acier, nickel - Dépôt direct d'énergie
LaserCusing	Québec	Acier inoxydable, aluminium, titane - Fusion laser sur lit de poudre
Prototypage laser	Québec	Titane, aluminium - Dépôt d'énergie dirigée

Ces bureaux de services s'adressent aux clients des secteurs de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile et de l'industrie dans tout le Canada, en leur donnant accès à une variété de technologies d'AM des métaux pour leurs besoins de prototypage et de production. Leur expertise et leur équipement haut de gamme contribuent à rendre l'impression 3D métallique de qualité accessible aux entreprises canadiennes désireuses d'adopter l'AM.

Tendances et perspectives de l'AM des métaux au Canada

Le Canada a développé une solide chaîne d'approvisionnement en poudres métalliques, un réseau de bureaux de services et une base d'utilisateurs finaux dans les secteurs de l'aérospatiale et de la médecine. Les principales tendances qui façonnent la croissance de l'impression 3D en métal au Canada sont les suivantes :

• Adoption croissante des technologies d'AM par les principales entreprises aérospatiales telles que Bombardier, Pratt & Whitney, Bell Helicopter
• Financement de la recherche sur l'AM des métaux dans les universités et les laboratoires publics canadiens
• Les fournisseurs internationaux de poudres établissent des sites canadiens pour exploiter le marché en expansion
• Émergence de producteurs canadiens de poudres métalliques axés sur des alliages de niche
• Expansion des bureaux de services vers la production en volume de composants d'utilisation finale
• Davantage de PME explorent l'AM pour l'allègement, la personnalisation et les assemblages consolidés
• Collaboration entre le gouvernement et l'industrie par l'intermédiaire d'organisations telles que le CRIAQ, le NGen et le CAMX
• Développement de contrôles de processus et de normes spécifiques à l'AM des métaux
• Fabrication hybride combinant l'AM des métaux et l'usinage CNC soustractif
• Simulations et logiciels de flux de travail améliorant la qualité et la répétabilité

Grâce à l'intérêt croissant des entreprises établies et des nouveaux adoptants, la fabrication additive métallique au Canada est prête à connaître une forte croissance continue. Les améliorations constantes apportées aux matériaux, aux processus, aux outils de conception et au contrôle de la qualité contribueront à élargir les applications dans les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile et de l'industrie en général. L'écosystème d'innovation et les capacités du Canada le placent en bonne position pour contribuer à faire progresser l'impression 3D des métaux à l'échelle mondiale.

Questions fréquemment posées sur les poudres métalliques pour l'impression 3D

Voici les réponses à quelques questions courantes sur les poudres métalliques pour l'AM :

Q : Quelle est la taille des particules recommandée pour les poudres d'impression 3D de métaux ?

R : La taille idéale des particules est généralement comprise entre 10 et 45 microns. Les particules plus fines se tassent mieux mais s'écoulent mal, tandis que les particules plus grossières nuisent à la densité et à la finition de la surface.

Q : Quelle doit être la sphéricité des poudres métalliques pour les processus d'AM ?

R : Une sphéricité élevée et une surface lisse favorisent l'écoulement et l'emballage de la poudre. Les satellites et les agglomérats lâches ont une incidence sur ces aspects et doivent être réduits au minimum.

Q : Quel procédé d'impression 3D de métaux nécessite les poudres de la plus haute qualité ?

R : La fusion laser sur lit de poudre répond aux exigences les plus strictes en matière de caractéristiques et de consistance de la poudre pour un fonctionnement sans heurts.

Q : Les poudres métalliques doivent-elles être séchées avant d'être utilisées pour l'impression 3D ?

R : Oui, le séchage est recommandé pour éliminer l'humidité absorbée qui peut causer des problèmes lors de la transformation. Le séchage sous vide ou la cuisson sont couramment utilisés.

Q : Les poudres d'impression métalliques inutilisées peuvent-elles être recyclées ?

R : Oui, la poudre non utilisée peut généralement être récupérée, tamisée et mélangée à de la poudre fraîche pour être réutilisée, ce qui permet de réduire les coûts.

Q : Comment sont manipulées les poudres métalliques contenant des éléments réactifs tels que le titane ou l'aluminium ?

R : Une manipulation inerte spécialisée, comme des boîtes à gants et des conteneurs scellés, est nécessaire pour éviter l'oxydation ou la contamination.

Q : Quelle est la durée de conservation typique des poudres métalliques non utilisées ?

R : Si elles sont correctement stockées dans un environnement frais, sec et inerte, les poudres peuvent durer plusieurs années avant que leurs propriétés ne se dégradent. Il est recommandé de gérer les stocks selon le principe du premier entré, premier sorti (FIFO).

Q : La poudre métallique pour l'AM doit-elle être traitée comme une matière dangereuse ?

R : Des précautions sont nécessaires en raison des risques d'inflammabilité et d'explosion des poudres métalliques fines. Un équipement de protection approprié et des procédures de sécurité sont indispensables.

Q : Quelles sont les nouvelles poudres d'alliage développées pour l'AM des métaux ?

R : CuNiSi pour les contacts électriques, FeNiCoTi pour les aimants doux, CoCrFeNi pour les alliages à haute entropie, CuCoMnNi pour la mémoire de forme sont quelques-uns des matériaux émergents.