Magazine Mercredi 13 octobre 2021 - 20:32

La fabrication additive par laser vert au sein l’UTBM

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Depuis 20 ans, l’Université de technologie de Belfort Montbéliard (UTBM), au travers de son laboratoire LERMPS (ICB-PMDM), a développé une activité de fabrication additive métal. Elle vient de se doter d’une machine Trumpf de fabrication additive SLM (Selective Laser Melting) TruPrint 1000 ayant la spécificité d’être équipée d’un laser vert. Pour mieux comprendre cette technologie, A3DM Magazine a rencontré les chercheurs en charge de cette machine au sein de l’UTBM : Christophe Verdy et Ludovic Vitu.

L’utilisation d’un laser vert pour un procédé de fusion de poudres métalliques permet l’impression 3D de matériaux très réfléchissants comme le cuivre, les alliages de cuivre ou les métaux précieux. Avec la machine TruPrint 1000 Green Edition, il est possible de produire des pièces avec des alliages de cuivre tels que le CuCr1Zr, avec une fenêtre de processus plus large et une productivité plus élevée qu’avec les dispositifs de lasers infrarouges LMF. Elle est également utilisée dans la bijouterie avec des matériaux précieux. « Cette machine permet d’obtenir des densités supérieures à 99,9 % et des pores inférieurs à 30 microns (μm) », explique le fabricant allemand de systèmes de fabrication additive. La machine dont s’est équipée l’UTBM est dotée d’une longueur d’onde de 515 nm. Représentant un investissement total de 404 000 euros TTC, réalisé grâce au soutien de la Région Bourgogne-Franche-Comté, ce système vient ainsi compléter un parc de machines de fabrication additive métal SLM, en plus d’autres procédés comme la projection Cold Spray.

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Christophe Verdy est ingénieur de recherche au laboratoire LERMPS/ICB-PMDM de l’UTBM. Il y réalise des prestations pour des industriels et participe à des programmes institutionnels européens ou nationaux. Ludovic Vitu est maître de conférences de ce même laboratoire à l’UTBM. Il mène des études sur la fabrication additive, principalement pour les procédés de fusion sélective par laser (SLM) et par projection à froid (Cold Spray).

Bonjour. L’UTBM a récemment investi dans une nouvelle machine TruPrint 1000 équipée d’un laser vert. Cette technologie permet de travailler des matériaux cuivre ou alliages de cuivre. Pouvez-vous nous en dire plus ?

Christophe Verdy : Il existe aujourd’hui des techniques innovantes pour fabriquer des pièces, dont la fabrication additive métallique. Notre laboratoire travaille sur les procédés SLM (Selective Laser Melting) depuis 2009 et possède un parc de trois machines. Nous avions déjà, avec notre collègue Charles Bernage, essayé de travailler le cuivre avec des machines de fabrication additive à laser infrarouge. Mais, il est difficile de travailler le cuivre avec des machines limitées à des puissances de 400 watts, matériau qui absorbe au mieux 10 % de l’énergie incidente. Les structures imprimées sont donc relativement poreuses et non étanches. Grâce à un financement de l’UTBM et de la Région Bourgogne-Franche-Comté, nous avons eu la possibilité d’acquérir une machine de la société Trumpf, qui s’est lancée dans les lasers verts.

Ludovic Vitu : Nous maîtrisons toute la chaîne, de la fabrication de la poudre jusqu’à la fabrication de la pièce, en passant par le contrôle. Nous sommes capables d’élaborer nos propres alliages et nous avons une approche spécifique des applications et des matériaux.

Christophe Verdy : Un des avantages du laboratoire est effectivement de posséder une tour d’atomisation qui permet de réaliser des poudres métalliques jusqu’à une température de fusion de 1 700 à 1 800 degrés, comme des aluminiums, des magnésiums, des cuivres, des inox, des nickels, ... Donc nous pouvons réaliser des alliages très spécifiques avec des compositions et des granulométries qui nous intéressent ou intéressent des industriels.

Nous sommes plutôt spécialisés en termes de recherche sur l’établissement du lien entre matériau précurseur, paramètres d’élaboration, propriétés mécaniques ou physiques. Mais nous travaillons aussi à renforcer la partie modélisation du procédé.

Quelles connaissances avons-nous du laser vert dans les procédés de fabrication ?

Christophe Verdy : Le laser vert est connu pour être mieux absorbé et ainsi pouvoir traiter les matériaux très réfléchissants comme le cuivre ou les métaux précieux. Bien sûr, tout dépend de la morphologie de la poudre qui va être illuminée par le faisceau laser. Avec un laser infrarouge à 1050 nm, 10 % au mieux de la puissance du laser sont absorbés, alors qu’avec un laser vert, il s’agit de 30 à 40 %. Avec des lasers infrarouges de 1 000 watts, il est possible de travailler des cuivres de manière relativement correcte, mais cela nécessite de travailler à la puissance maximale ; les miroirs peuvent ainsi chauffer.

Quelles sont les applications, aujourd’hui, qui ciblent cette utilisation du laser vert ?

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