Comment les réchauffeurs pour la fabrication additive de métaux affectent la qualité de la construction

27 juillet 2022 | Temps de lecture : 4 min

Choisir une lame de fabrication additive pour vos travaux d'impression 3D de métal peut sembler une décision difficile à prendre, mais si nous vous disions que ce n'est pas nécessaire ? Notre équipe de recherche a expérimenté des combinaisons de poudres et de recouvrements pour la fabrication additive afin de vous donner une meilleure compréhension de la façon dont ils affectent la qualité de vos constructions.

Quels sont les différents matériaux utilisés pour le recouvrement ?

Il existe plusieurs types de lames de rechapage, chacune étant fabriquée dans un matériau différent et utilisée à des fins différentes. On peut généralement les classer en deux catégories : les lames souples et les lames dures.

Les lames souples sont dotées d'une lèvre en élastomère ou d'une brosse en carbone et sont généralement utilisées pour les projets plus délicats qui nécessitent une finition plus fine de la pièce. Ce type de recouvreur a la capacité de s'adapter aux imperfections, ce qui réduit le risque d'interruptions de travail dues à des blocages du recouvreur, mais cela peut signifier que les pièces sont moins bien finies. Les duplicateurs souples sont également efficaces pour les pièces à rapport d'aspect élevé et à grande surface.

Les lames de recouvreur dur peuvent être fabriquées en acier rapide (HSS) ou en céramique d'oxyde de zirconium, ce qui est idéal pour les poudres métalliques magnétiques. Les réceptacles durs offrent un niveau supérieur de qualité et de répétabilité des pièces tout en améliorant le développement des matériaux et des processus, ce qui explique pourquoi ils sont le choix préféré des imprimantes 3D EOS. Si les blocages sont plus probables parce que la lame n'est pas aussi indulgente qu'une machine à recouvrir souple, une machine à recouvrir dure n'est pas le meilleur choix lorsqu'il s'agit de construire des structures fines.

Test des recouvreurs de fabrication additive

Pour savoir si une combinaison différente de revêtement de fabrication additive et de poudre métallique a un impact sur la qualité finale d'une fabrication, nous avons choisi trois revêtements et trois matériaux d'impression pour une série de tests comparatifs.

Les trois métaux choisis sont EOS Aluminium AlSi10Mg, EOS Titanium Ti64 et EOS MaragingSteel MS1. Nous avons choisi ces trois poudres métalliques particulières, largement utilisées, car chacune possède des propriétés distinctes. La poudre d'aluminium est un alliage léger fréquemment utilisé dans les applications aérospatiales et de mobilité, tandis que le titane est un matériau beaucoup plus dense et robuste utilisé dans diverses industries, notamment pour la production d'implants médicaux. La poudre d'acier est un matériau magnétique souvent utilisé dans la production d'outils. Les principaux facteurs de différenciation de ces poudres, en ce qui concerne notre expérience, sont leurs densités variables et la distribution des particules de poudre, ce qui nous permettrait d'observer comment les différents recouvreurs affectent une gamme de types de poudres.

Chaque métal a été testé avec les mêmes dispositifs de recouvrement souples - la lèvre en silicone et la brosse en carbone. En raison de ses propriétés magnétiques, la poudre d'acier a été testée avec une lame dure en céramique, tandis que les deux autres ont été testés avec le dispositif de recouvrement HSS.

Nous avons tracé diverses constructions standardisées afin de pouvoir les comparer directement. Une série de formes simples, telles que des cylindres orientés différemment et des cubes, ont été disposées pour le premier travail. Ce travail a été exécuté sept fois au total - une fois pour chaque combinaison de vernis et de poudre, plus une version standard "de contrôle".

Un deuxième travail a également été spécialement conçu pour tester les lames en élastomère pour l'impression de détails fins. Les pièces de ce travail comprenaient l'ajout d'une boule en treillis et d'une tour d'échecs avec une structure intérieure filigrane pour vraiment pousser les capacités des recouvreurs. Pour ce deuxième travail, la moitié de la plate-forme de construction a été intentionnellement laissée vide afin que nous puissions observer comment la lame endommagée affectait le lit de poudre après avoir terminé les pièces.

Qu'avons-nous trouvé ?

En d'autres termes, nous n'avons constaté aucune différence réelle entre les différents dispositifs de recouvrement, quelle que soit la poudre métallique utilisée. Cela ne veut pas dire qu'il n'y avait aucune différence entre les pièces produites, mais simplement que le dispositif de recouvrement utilisé avec une certaine poudre n'entraînait aucune différence perceptible. Lorsque chaque dispositif de recouvrement a été utilisé lors de l'impression avec la poudre de titane, par exemple, toutes les pièces fabriquées étaient relativement cohérentes.

Trois éléments principaux ont été évalués pour chaque construction afin d'établir les différences éventuelles. Tout d'abord, nous avons examiné les performances des lames de recouvreur afin de déterminer si une combinaison de recouvreur et de poudre était plus susceptible de se bloquer. Deuxièmement, nous avons examiné la qualité globale des pièces finies pour voir si l'une d'entre elles se distinguait des autres - les propriétés mécaniques et la porosité des pièces construites. Enfin, nous avons analysé le lit de poudre après la fabrication afin d'identifier toute perturbation du matériau de fabrication, telle que l'agglutination de la poudre, lorsque des poudres de densités différentes peuvent réagir différemment au produit de rechargement choisi.

Pour toutes les combinaisons recycleur-poudre, nous avons constaté que les performances de l'imprimante, la qualité de fabrication et l'intégrité du lit de poudre se situaient toutes dans les paramètres requis pour une "bonne fabrication". Quelques écarts très mineurs ont été constatés, dont nous avons émis l'hypothèse qu'ils pourraient être dus à un changement de lot de matériaux.

Qu'avons-nous appris ?

Ces recherches nous ont permis de déterminer que, du point de vue de la qualité de fabrication, la combinaison de poudre métallique et de revêtement utilisée n'a pas d'importance. Ce qui compte, c'est l'utilisation prévue de la pièce que vous créez. Chacune des poudres métalliques et chacun des revêtements testés offrent des avantages pour différentes applications pratiques. L'utilisation du bon métal pour la bonne pièce est l'objectif premier, tandis que l'utilisation d'un revêtement qui permet à la pièce de fonctionner au mieux suit de près.

À partir des petites imperfections constatées, nous sommes maintenant curieux de poursuivre nos recherches pour voir comment une éventuelle contamination due au changement de poudres et de revêtements dans l'imprimante 3D peut affecter les performances des pièces construites d'un travail à l'autre. C'est sur ce point que portera notre prochaine phase de recherche : Effectuer des analyses chimiques sur les pièces et le lit de poudre pour voir s'il y a une contamination, et déterminer si cela affecte les applications pratiques à long terme des pièces construites en utilisant différentes combinaisons de poudres et de revêtements.

Pour en savoir plus sur les détails de notre recherche sur la qualité de construction de différentes combinaisons de poudres et de revêtements métalliques, téléchargez notre livre blanc.