L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive (AM), est une méthode "transformatrice" pour la production industrielle traditionnelle. Le processus de fabrication soustractif traditionnel fait référence à l'utilisation de pièces de modèles géométriques existantes et à l'utilisation d'outils pour couper, polir et graver progressivement les matériaux pour finalement devenir les pièces requises. L'impression 3D est tout le contraire. À l'aide d'un équipement d'impression 3D, le modèle tridimensionnel numérique est superposé et des matériaux spéciaux tels que la poudre métallique, les matériaux thermoplastiques et les résines sont continuellement empilés et collés couche par couche, puis superposés pour former un ensemble tridimensionnel. . L'impression 3D est une technologie interdisciplinaire, couvrant les machines, les matériaux, la vision par ordinateur, les logiciels, l'électronique et d'autres disciplines, et la technologie de base réside dans la fabrication d'imprimantes 3D, qui a également des exigences particulières pour les matériaux, les logiciels, la conception, etc.
Par rapport aux processus de fabrication traditionnels, l'impression 3D a les caractéristiques de former des structures complexes, de raccourcir le cycle de réalisation du produit, de haute résistance du produit, de légèreté et de taux d'utilisation élevé des matériaux, mais son coût est également relativement élevé. Les caractéristiques de la technologie d'impression 3D sont les suivantes :
(1) Des pièces avec des structures géométriques complexes peuvent être fabriquées pour réaliser une production intégrée, et la complexité de la structure n'entraînera pas de coûts supplémentaires. Les concepteurs ne sont plus liés par les processus de fabrication traditionnels et peuvent créer des pièces plus librement.
(2) raccourcir le cycle de développement et de réalisation de nouveaux produits. Lors du développement de nouveaux produits en technologie traditionnelle, il est nécessaire de concevoir et de produire de nouveaux moules et d'établir un processus d'assemblage, alors que l'impression 3D ne nécessite pas de moules et que le processus est court.
(3) Le produit présente les caractéristiques de haute résistance et de légèreté. Les pièces d'impression 3D peuvent réaliser la structure en treillis en nid d'abeille qui est difficile à traiter par la technologie traditionnelle et peut réduire considérablement le poids dans le but d'assurer la performance. Sur la base des caractéristiques du processus de solidification rapide de l'impression 3D, de bonnes propriétés mécaniques peuvent être obtenues, assurant ainsi une augmentation de la résistance.
(4) Le taux d'utilisation des matériaux a été grandement amélioré. Étant donné que les matériaux sont superposés couche par couche, il n'y a presque pas de déchets de matériaux dans le processus de production et le taux d'utilisation des matériaux atteint plus de 90 %. (5) Les coûts d'équipement et les coûts des matériaux sont élevés. Les équipements d'impression 3D de qualité industrielle coûtent cher, allant d'un à deux millions de yuans à des dizaines de millions de yuans. De plus, en raison du processus spécial, l'impression 3D a des exigences particulières en matière de matériaux et les matériaux ordinaires doivent être ajustés. Cependant, la recherche et le développement de matériaux sont difficiles et coûteux, ce qui limite dans une certaine mesure le développement de l'impression 3D.
Après plus de 30 ans de développement, la technologie d'impression 3D a été continuellement améliorée et divers modes d'impression tels que la bio-impression 3D, l'impression de matériaux organiques et l'impression métallique ont été formés. L'impression 3D métallique utilise généralement des sources d'énergie laser et à faisceau d'électrons pour faire fondre la poudre métallique, de sorte que la poudre métallique est frittée et empilée pour former une structure globale. Il existe deux méthodes d'entrée de poudre métallique dans l'ensemble du processus, l'épandage de poudre et l'alimentation en poudre. Selon différentes méthodes d'alimentation en poudre, le principe du processus d'impression 3D métallique est divisé en dépôt d'énergie directionnel (également appelé alimentation en poudre) et fusion sélective du lit de poudre (également appelée étalement de poudre). Le revêtement en poudre consiste à étaler une poudre métallique sur le substrat pour former une couche mince, qui est ensuite fusionnée par fusion au laser de zones spécifiques sur la couche mince. Par rapport à l'étalement de poudre, l'alimentation en poudre ne forme pas une couche mince et la poudre est directement délivrée au bain fondu formé par le laser sur le substrat à travers la buse à poudre et frittée pour former un tout. La technologie d'impression 3D métallique traditionnelle peut être grossièrement divisée en technologie de fusion sélective au laser (SLM), formation par fusion par faisceau d'électrons (EBM), technologie de mise en forme de filet laser (LENS), technologie de dépôt de filaments par fusion par faisceau d'électrons (EBF), etc.
Il existe trois facteurs importants dans le développement de la technologie, de l'équipement, du matériau et du processus de fabrication additive métallique. À l'heure actuelle, des améliorations sont encore possibles sur ces trois aspects. Afin d'élargir l'échelle d'application de la technologie d'impression 3D, la technologie de fabrication additive métallique se développe dans le sens d'un faible coût, d'une grande taille, de plusieurs matériaux, d'une haute précision et d'un rendement élevé.
(1) L'équipement additif métallique se développe dans le sens de la grande échelle et de la spécialisation. Avec la demande croissante d'impression de structures à grande échelle et de domaines spécifiques, les équipements d'impression 3D métal sont devenus une tendance vers un développement à grande échelle et professionnel.
(2) Les matières premières imprimables continuent d'augmenter et l'impression de matériaux composites commence à apparaître. À l'heure actuelle, les types de matières premières utilisées dans l'impression 3D métallique sont relativement petits et la qualité des matériaux n'est pas élevée. Avec la pénétration continue de la fabrication additive dans le domaine industriel, la demande du marché pour l'impression 3D métal capable de réaliser une impression mixte multi-matériaux augmente progressivement. De plus, l'impression simultanée de plusieurs matériaux composites commence à émerger, qui peut combiner les avantages de différents matériaux.
(3) Développer de nouvelles technologies de fabrication additive métallique. La technologie traditionnelle de fabrication additive métallique présente des problèmes tels que le coût élevé et le faible rendement, parmi lesquels le faible rendement est également l'un des facteurs clés qui empêchent la fabrication additive de remplacer la fabrication soustractive traditionnelle dans de nombreux domaines. On s'attend à ce qu'avec la maturité progressive de cette technologie dans le futur, comme l'augmentation de la puissance du laser et l'optimisation du chemin d'impression, le taux de production de la fabrication additive puisse être amélioré.