News Mercredi 25 février 2015 - 15:12

Le procédé de fabrication additive SLM (fusion sélective par laser)

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L’impression 3D par fusion sélectif par laser, traduit de l’anglais Selective Laser Melting et au sigle SLM, est une technique de fabrication additive permettant la production de pièces en métal grâce à un laser haute puissance qui fusionne une poudre métallique. Ce procédé est semblable à la technologie de fabrication additive de frittage laser direct de métal, traduction de Direct Metal Laser Sintering (DMLS). Il se distingue de la technologie EBM (Electron Beam Melting ou fusion par faisceau d’électrons) par la source d’énergie : un laser et non d’un faisceau d’électrons.

Les étapes du procédé d'impression 3D SLM

Dans le procédé de fusion sélective sur lit de poudre, un laser très puissant va fusionner de fines particules de métal. Suivant le tracé déterminé par l’ordinateur, il va fondre les particules métalliques jusqu’à ce qu’elles fusionnent entre elles. Un rouleau va ensuite appliquer une nouvelle couche de poudre. Le laser va dessiner la strate suivante. Ces étapes vont s’enchaîner jusqu’à l’impression totale de l’objet. Une fois la fabrication terminée, la pièce refroidie est retirée du bac de poudre pour être nettoyée de ses supports et des particules de poudre non fusionnée. 

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Les étapes du procédé d'impression 3D SLM - crédit Materialise.

Transfert de fichier CAO vers l'imprimante 3D 

Comme pour les autres technologies d’impression 3D (FDM, SLA, SLS…), un modèle CAO d’un objet ou d’une pièce – que vous pouvez créer sur un logiciel dédié à la modélisation 3D – est découpé en tranche. Ces strates représentent les couches successives de l’impression. Ce modèle CAO est généralement transformé en fichier STL avant d’être transmis à l’imprimante 3D.

Impression de l'objet en 3D 

La technologie SLM utilise un puissant laser qui va fusionner les particules de poudre métallique. Après chaque passage du ou des lasers, le plateau d’impression est rempli d’une nouvelle couche de poudre métal. Ce processus est répété jusqu'à ce que l'objet soit complètement imprimé. 

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Suppression des supports

Les structures de support sont automatiquement générées et construites simultanément, dans le même matériau. Elles sont ensuite retirées manuellement.

Nettoyage et sablage 

L’étape de nettoyage est essentielle lors d’impression sur lit de poudre. Un sablage léger est effectué sur la pièce pour retirer les particules de poudre non fusionnées. 

Les matériaux du procédé SLM

L’impression 3D par fusion sélectif par laser permet la production d’objets en métal. Les métaux utilisés sont généralement de l’acier inoxydable, de l’acier maraging, du cobalt-chrome, du titane Ti6AlV4, de l’Inconel 625 ou de l’Inconel 718. De nombreux autres métaux sont compatibles avec ce procédé de fabrication additive comme l’aluminium. Des sociétés travaillent également sur l’impression de cuivre à l’aide d’un laser vert, ou encore de zircone.

Depuis cinq ans, la société Z3DLAB se consacre à la mise au point de deux nouvelles familles d’alliage titane enrichies avec des nano particules de zircone ZTi-Powder® et ZTi-Med®. L’objectif est d’améliorer grandement ces matériaux, tout en conservant les propriétés actuelles du titane, c’est-à-dire de la légèreté, de l’élongation, de l’élasticité ou encore de la résistant à la corrosion. Pour arriver à ces résultats et permettre la fusion, il a fallu que les micro-billes de titane soient enrichies de nano zircone. Plus d’informations sur l’étude de la fusion sélective par laser du titane et de la zircone.

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Les applications de la technologie SLM

Les poudres métalliques comme les techniques d'impression 3D des métaux sont plus complexes et plus coûteuses que les technologies de fabrication additive pour les plastiques ou les résines. Les prix varient en fonction de beaucoup de critères, mais de manière générale, la fabrication additive métal reste encore chère. Elle possède cependant de nombreux avantages par rapport à l’usinage ou aux autres méthodes de fabrication traditionnelle. C’est pourquoi, elle est de plus en plus utilisée par de nombreux industriels pour l'allègement de composants par optimisation topologique, mais également pour améliorer les fonctionnalités des pièces. 

Depuis 2014-2015, le constructeur automobile Bugatti, filiale de Volkswagen, travaille avec le fabricant de systèmes de fabrication additive SLM Solutions dans le but d’améliorer la performance de ses véhicules. Ensemble, ils ont conçu plusieurs pièces qui sont des cas intéressants pour la fabrication additive métal : un support d’aileron arrière permettant à une voiture de course d’atteindre une vitesse de 400 km/h en 32,6 secondes et de s'arrêter en seulement neuf secondes, ou encore un étrier de freins ayant résisté à une force de freinage de 1,35 G et à des températures de disque de frein atteignant 1 100° C. Aujourd’hui, Bugatti vante la technologie d’impression 3D SLM. Plus d’informations sur le cas du constructeur automobile Bugatti

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Contenu Encadré

Les avantages du procédé d’impression 3D SLM

Les avantages de la fusion sélective par laser sont nombreux. En plus des atouts régulièrement vantés des technologies additives, ce procédé :

  • ne requiert aucun outillage ;
  • est directe quel que soit la complexité des pièces métalliques à imprimer ;
  • permet la fabrication et la production des géométries les plus élaborées, tels que les matériaux numériques, les fentes profondes et les canaux de refroidissement.
Contenu Encadré

Quelle est la différence entre la fabrication additive SLM et DMLS ?

Les différences entre SLM et DMLS résident dans la fusion des particules de poudres métalliques. Le procédé de fusion sélectif par laser utilise des poudres en métal avec une seule température de fusion. Il fusionne complètement les particules. Alors que dans le procédé de frittage laser direct de métal, la poudre n’est pas complètement fusionnée.

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