Principes et classification de la technologie d'impression 3D métal
En empilant couche par couche des poudres ou des fils métalliques, les technologies d'impression 3D métal transforment les modèles CAO en modèles réels. Le frittage laser direct de métal (DMLS), le premier brevet d’impression 3D métallique, a été obtenu dans les années 1990 par EOS Allemagne. Ces quatre techniques (fusion sur lit de poudre, pulvérisation d'adhésif, dépôt d'énergie directe et extrusion de matériaux) définissent pour l'essentiel l'impression 3D métallique telle qu'elle est aujourd'hui.
Le DMLS, la fusion sélective par laser (SLM) et la fusion par faisceau d'électrons (EBM) constituent ensemble la fusion sur lit de poudre. Ces technologies construisent couche par couche utilisant des faisceaux laser ou électroniques, faisant fondre de la poudre métallique. Alors que l'EBM peut produire presque n'importe quelle forme géométrique avec une grande précision, y compris des matériaux difficiles à usiner tels que les alliages de titane et les alliages de nickel à haute température, le DMLS peut être utilisé pour construire des objets à partir de presque n'importe quel alliage métallique, SLM génère des objets imprimés assez denses et solides. .
En utilisant le jet d'encre pour déposer de l'adhésif sur un lit de poudre métallique, la pulvérisation d'adhésif, telle que la fusion multi-jets (MJF) et la pulvérisation de nanoparticules (NPJ), solidifie progressivement la poudre couche par couche, produisant ainsi le produit entier. Des pièces plus grandes peuvent être produites par cette méthode. , qui peut fonctionner à température ambiante sans nécessiter de structures de support.
Le dépôt par énergie directe englobe le dépôt de matériaux par laser (LMD), la fabrication additive à l'arc (WAAM) et le dépôt direct de métaux (DED). Ces méthodes extrudent de la poudre ou du fil métallique et l'appliquent instantanément à un impact à haute énergie, en le fondant et en le construisant couche par couche. Alors que LMD peut utiliser efficacement des matériaux pour réaliser une impression à haute densité et à hautes performances mécaniques, DED peut restaurer des pièces métalliques cassées et ajouter de nouveaux composants.
Utiliser des filaments ou des fils polymères imprégnés de petites particules métalliques pour imprimer couche par couche, puis faire fondre les particules métalliques en métal solide par des procédures de dégraissage et de frittage, l'extrusion de matériaux, telle que la modélisation par dépôt fondu (FDM) et la fabrication de fusibles (FFF, permet ce).
Impression 3D métallique appliquée à une conception légère
Principalement représentée dans les fonctionnalités suivantes, la technologie d’impression 3D métal présente de grands avantages dans la conception légère des pièces aéronautiques.
Conception d'optimisation structurelle : des formes géométriques complexes de pièces, notamment des structures en treillis creux, des constructions sandwich creuses/renforcées à parois minces, des structures intégrées et des structures à topologie optimisée, peuvent être directement fabriquées par impression 3D métallique. Ces formes structurelles réduisent l'utilisation de matériaux tout en préservant ou en améliorant la résistance structurelle, permettant ainsi d'obtenir une conception légère.
Composée de panneaux minces et de noyaux épais, une construction sandwich creuse/renforcée à parois minces peut répartir les contraintes externes, augmenter la rigidité et la résistance à la flexion et économiser du poids.
Construction en treillis vide : on peut équilibrer la résistance, la rigidité et la ténacité en faisant varier la densité relative et la disposition des cellules unitaires du treillis, réduisant ainsi le poids de plus de 70 %.
Structure d'optimisation de topologie structurée de manière holistique : utilisation de méthodes mathématiques pour trouver la conception structurelle optimale, en modifiant la structure interne de l'objet, en minimisant l'utilisation de matériaux tout en conservant la résistance structurelle. Fusionnez plusieurs pièces en une seule entité, réduisant ainsi les structures de connexion telles que les brides et les soudures, simplifiant le processus d'assemblage et optimisant la conception fonctionnelle.
Améliorer les performances et choisir les matériaux : les utilisations aérospatiales conviendraient parfaitement à une variété d'alliages métalliques légers, notamment les alliages de titane et les alliages d'aluminium, qui ont une résistance élevée et une faible densité et sont donc tout à fait appropriés pour la technologie d'impression 3D métallique. Les qualités mécaniques et la durabilité des matériaux sont également améliorées grâce à des paramètres d'impression et des techniques de traitement thermique optimaux.
prototypage et réparation rapides : la fabrication rapide de pièces prototypes rendue possible par la technologie d'impression 3D métallique aide les concepteurs à confirmer de nouvelles idées de conception. Simultanément, cela peut également raccourcir les cycles de réparation, réduire les coûts de production, permettre une fabrication rapide des composants et une réparation exacte des pièces endommagées.
Situations d'application particulières
Grâce à la technologie d’impression 3D métallique, par exemple, les moteurs d’avion peuvent produire des composants structurels complexes, notamment des chambres de combustion et des aubes de turbine. Ces composants ont été raffinés pour réduire la consommation de matériaux tout en améliorant les performances et la durabilité. En outre réalisable avec des pièces importantes, notamment le train d'atterrissage et les supports d'avion. Ces composants sont non seulement légers, mais augmentent également la capacité portante et la durabilité grâce à une optimisation de la conception structurelle. La technologie d’impression 3D métal peut également minimiser les coûts de production, simplifier les techniques de fabrication et réduire les structures et la complexité d’assemblage.
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