Technologie d'impression 3D SLM

Vue d'ensemble Impression 3D SLM

La fusion sélective par laser (SLM) est une technologie de fabrication additive ou d'impression 3D qui utilise un laser pour fusionner des poudres métalliques en objets 3D solides. La fusion sélective par laser est adaptée à la transformation de métaux réactifs et très résistants tels que le titane, l'aluminium, l'acier inoxydable, le cobalt-chrome et les alliages de nickel en pièces fonctionnellement denses aux géométries complexes.

Impression 3D SLM fonctionne en faisant fondre de manière sélective des couches successives de poudre métallique les unes sur les autres à l'aide d'un faisceau laser focalisé. Le laser fait fondre et fusionne entièrement les particules aux endroits définis par la tranche du modèle CAO. Après le balayage de chaque couche, une nouvelle couche de poudre est appliquée et le processus se répète jusqu'à ce que la pièce complète soit construite. Les pièces fabriquées par SLM présentent des propriétés comparables ou supérieures à celles de la fabrication traditionnelle.

L'impression SLM est appréciée pour sa capacité à produire des composants métalliques denses, légers et complexes avec des propriétés mécaniques améliorées et des formes impossibles à réaliser avec les méthodes conventionnelles. Lisez la suite pour un guide approfondi sur l'impression 3D SLM couvrant ses caractéristiques clés, ses applications, ses spécifications, ses fournisseurs, ses coûts, ses avantages et ses inconvénients, et plus encore.

Principales caractéristiques de la technologie SLM

Principales applications de l'impression 3D SLM

La technologie SLM est mieux adaptée aux volumes de production de petite à moyenne taille où la complexité et la personnalisation sont nécessaires. Elle est largement utilisée pour les prototypes métalliques ainsi que pour les pièces de production à usage final dans diverses industries. Parmi les principales applications, on peut citer

Cette technologie est largement utilisée dans des secteurs tels que l'aérospatiale, la défense, l'automobile et les soins de santé, car elle permet de produire des pièces métalliques entièrement fonctionnelles dotées de propriétés mécaniques améliorées et de géométries complexes.

Lignes directrices et spécifications de conception SLM

Une bonne conception des pièces est essentielle pour éviter les problèmes de production SLM tels que les contraintes résiduelles, les distorsions, les mauvais états de surface et les défauts de fusion. Les éléments à prendre en compte sont les suivants :

En suivant les principes de la conception pour la fabrication additive (DFAM), les pièces peuvent être optimisées pour utiliser pleinement les avantages de la SLM en termes de complexité, de réduction de poids, de gains de performance et de consolidation des composants.

Spécifications de la taille du système SLM

Les systèmes SLM comportent une chambre remplie de gaz inerte, un mécanisme de récupération de la poudre et un laser de forte puissance focalisé sur un point minuscule pour faire fondre les couches de poudre métallique. Des volumes de construction plus importants et une puissance laser plus élevée permettent d'obtenir des pièces plus grandes et des vitesses de construction plus rapides.

Paramètres du processus SLM

L'optimisation des paramètres du processus SLM permet d'obtenir une densité maximale des pièces, un minimum de défauts, une microstructure et des propriétés mécaniques contrôlées, une bonne finition de surface et une précision géométrique.

Exigences en matière de poudre SLM

Des poudres sphériques de grande pureté, avec une distribution granulométrique et une morphologie contrôlées, sont nécessaires pour obtenir des pièces de haute densité et de qualité par SLM. Les poudres répondant à ces critères permettent un recouvrement en douceur pendant le processus de construction par couches.

Étapes de post-traitement SLM

Bien que le SLM produise des pièces presque nettes, un post-traitement est généralement nécessaire :

Le post-traitement par usinage CNC multi-axes, meulage, polissage, gravure et autres méthodes de finition de surface permet d'obtenir les dimensions critiques, la finition de surface lisse et l'esthétique requises par l'application finale.

Analyse des coûts de l'impression SLM

Les principaux coûts de l'impression SLM sont liés à l'achat du système initial, aux matériaux, au fonctionnement de la machine et à la main-d'œuvre. Les grands tirages offrent des avantages en termes d'économie d'échelle. Le recyclage des poudres inutilisées réduit les dépenses en matériaux.

Choisir un fournisseur d'imprimantes 3D SLM

Les principaux fabricants de systèmes SLM sont EOS, 3D Systems, SLM Solutions, Renishaw et AMCM. Lors de la sélection d'un fournisseur, évaluez les spécifications de la machine, la réputation du fabricant, les procédures de qualité, les services et les coûts.

Avantages et inconvénients de l'impression SLM

L'impression 3D SLM offre une liberté de conception, une consolidation des pièces, une légèreté et un potentiel de personnalisation sans précédent. Les inconvénients sont les coûts du système, les vitesses lentes, les contraintes de taille et les limitations des matériaux.

FAQ

Voici les réponses à quelques questions courantes sur la technologie de la fusion sélective par laser :

Quels sont les matériaux que l'on peut imprimer avec le SLM ?

Le SLM est adapté aux métaux réactifs et à haute résistance, notamment l'acier inoxydable, l'aluminium, le titane, le cobalt-chrome, les alliages de nickel, etc. Chaque système est conçu pour des matériaux spécifiques.

Quelle est la précision de l'impression SLM ?

La SLM offre des précisions de l'ordre de ±0,1-0,2% avec des états de surface de 25-35 μm Ra en fonction du matériau, des paramètres et de la géométrie de la pièce. La résolution peut atteindre 30 μm.

Quelle est la résistance des pièces imprimées par SLM ?

Le SLM produit plus de 99% de pièces métalliques denses dont la résistance des matériaux est comparable ou supérieure à celle des méthodes conventionnelles de fabrication des métaux.

Quels sont les exemples de composants fabriqués par SLM ?

La technique SLM est largement utilisée dans les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine, des soins dentaires, de l'automobile et d'autres industries pour des articles tels que les pales de turbines, les implants, les moules d'injection et les supports légers.

Quelles sont les dimensions des pièces que l'on peut imprimer par SLM ?

Les volumes de fabrication SLM typiques sont compris entre 100 et 500 mm x 100 et 500 mm x 100 et 500 mm. Il existe des systèmes plus grands pour les pièces plus volumineuses. La taille est limitée par la chambre et les supports nécessaires.

Combien de temps dure l'impression SLM ?

Les délais de fabrication vont de quelques heures à quelques jours, en fonction de facteurs tels que la taille de la pièce, l'épaisseur de la couche et le nombre de composants emballés dans la plate-forme. La SLM imprime le métal à des taux de 5 à 100 cm3/heure.

La GDT nécessite-t-elle des aides ?

Des structures de support minimales sont souvent nécessaires pendant l'impression SLM. Elles servent d'ancrage et de conducteurs thermiques pour éviter les déformations pendant la fabrication. Les supports sont retirés après l'impression.

Quelles sont les températures atteintes par le SLM ?

Le laser localisé dans le SLM peut atteindre brièvement jusqu'à 10 000 °C au niveau du bain de fusion, puis refroidir rapidement pour former un métal solidifié. La chambre fonctionne à une température inférieure à 100 °C.

Qu'est-ce qui différencie l'impression SLM des autres types d'impression 3D ?

L'impression SLM utilise un laser pour faire fondre entièrement de la poudre de métal et obtenir des pièces denses et fonctionnelles. D'autres techniques d'impression 3D de métaux, comme le binder jetting, utilisent des colles et le frittage, qui produisent des résultats plus poreux.

Quelles sont les principales étapes du processus de GDT ?

1. Le modèle CAO est découpé numériquement en couches.
2. La poudre est roulée sur la plate-forme de construction
3. Le laser scanne chaque couche en fusionnant les particules de poudre
4. Les étapes 2-3 sont répétées jusqu'à ce que la partie soit complète
5. Post-traitement comme l'enlèvement des supports et la finition de la surface

Quelle poudre est utilisée dans le cadre du SLM ?

Le SLM utilise des poudres métalliques fines de 10 à 45 μm avec une morphologie sphérique et une distribution granulométrique contrôlée. Les matériaux courants sont l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium, les alliages de nickel, etc.

Quelles sont les industries qui utilisent l'impression SLM ?

Les industries aérospatiale, médicale, dentaire, automobile, de l'outillage et de la bijouterie utilisent la technologie SLM pour sa capacité à produire des pièces métalliques complexes et personnalisables avec une grande précision et une grande résistance.

Quel est le coût de l'impression SLM ?

Les coûts des systèmes SLM sont élevés, de $100 000 à $1 000 000+. Les matériaux coûtent $50-500/kg. Les économies d'échelle interviennent pour les volumes de production plus importants. Les coûts d'exploitation sont compris entre $50-500/heure.

Quelles sont les précautions de sécurité à prendre avec la SLM ?

Le SLM comporte des risques laser, des surfaces chaudes, des poudres métalliques fines réactives et des émissions potentielles. Il convient d'utiliser des équipements de sécurité laser, de ventilation par gaz inerte et de protection individuelle appropriés.

Conclusion

La fabrication additive SLM offre des capacités extraordinaires pour produire des composants métalliques denses et robustes dont l'intégrité structurelle est similaire à celle des pièces usinées. Elle élargit la liberté de conception, la complexité, la personnalisation, l'allègement et la consolidation possibles par rapport aux approches de fabrication traditionnelles. Cependant, le processus s'accompagne de coûts de système importants et de vitesses de fabrication lentes.

Grâce aux progrès constants en matière de matériaux, de qualité, de taille de construction, de précision, de logiciels et de paramètres, l'adoption de la technologie SLM pour les applications de production finales dans les secteurs aérospatial, médical, dentaire, automobile et autres s'accélère. En tirant parti des avantages de la technologie SLM tout en étant conscients de ses limites, les fabricants peuvent la mettre en œuvre pour bénéficier d'avantages concurrentiels.

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