News Mercredi 25 février 2015 - 15:40

Le procédé d’impression 3D par jet de liant ou Binder Jetting

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La technologie de fabrication additive par projection de liant, aussi nommée Binder Jetting (ou Inkjet Powder Printing) est un procédé utilisant un agent liant, déposé localement sur une fine couche de poudre, couche par couche, selon le modèle 3D. Elle permet de fabriquer des impressions 3D multicolores détaillées, mais aussi des pièces en métal. Explication !

Le fonctionnement du procédé d'impression 3D Binder Jetting

La technologie de fabrication additive Binder Jetting fonctionne par projection de liant sur une poudre. Un rouleau automatisé réparti une fine couche de poudre sur le plateau de fabrication. La tête d'impression applique un liant liquide sur la poudre, créant ainsi une couche de l'objet. Puis, la plate-forme d'impression descend légèrement pour permettre l'ajout d'une nouvelle couche de poudre. Le procédé est ainsi répété jusqu'à la création de l'objet. L’impression d’objets par jet de liant ne nécessite pas de créer des supports, la poudre non liée joue elle-même ce rôle. 

Cette technologie nécessite toutefois des étapes de post-traitement. Il faut aspirer l'excès de poudre et dépoussiérer l'objet grâce à de l'air comprimé. Selon le matériau utilisé, la pièce imprimée doit être placée dans un four pour la cuisson ou frittée. Enfin un traitement de finition peut améliorer l’état de la pièce imprimée. L’utilisation de cyanoacrylate sur la pièce imprimée permet, par exemple, d’obtenir un meilleur rendu des couleurs.

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Avantages et inconvénients de l'impression par projection de liant

Les principaux avantages de la technologie par projection de liant sont la grande liberté de design et la rapidité de production. Cette technologie est rapide et économique. L'impression 3D métal par projection de liant permet de créer des modèles très détaillés très rapidement. Elle permet d'imprimer plusieurs alliages métalliques tels que les aciers inoxydables. Le coût de la technologie est inférieur aux autres technologies d'impression 3D – SLM, DMLS ou encore DED – grâce au mélange de matériaux (poudre métallique et agent liant). Elle est parfaite pour les prototypes ou encore des pièces uniques telles que des bijoux. Cependant, les propriétés mécaniques des pièces en métal imprimées sont souvent limitées. Pour fabriquer des pièces ayant de fortes propriétés mécaniques, il est conseillé de se tourner vers les technologies d’impression 3D métal DMLS ou SLM. 

La qualité d’impression de la technologie Binder Jetting est souvent moindre que les technologies de fusion sur lit de poudres (SLS, SLM ou DMLS) et que la stéréolithographie (SLA) ou le procédé DLP. Les objets imprimés par jet de liant sont aussi moins résistants, moins solides que d’autres techniques de fabrication additive. Les textures sont également rugueuses. Enfin, selon les matériaux, des étapes de post-traitement sont nécessaires pour apporter ces propriétés aux pièces imprimées.

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Les matériaux du procédé Binder Jetting

Comme vous l’aurez compris, la technologie d’impression 3D par jet de liant offre un grand choix de matériaux, de la céramique au métal. Les matériaux couramment utilisés dans le jet de liant sont les métaux, le sable et les céramiques qui se présentent sous forme granulaire.

Selon le matériau utilisé, une étape de post-traitement est généralement nécessaire – comme expliqué précédemment. Les pièces de Binder Jetting à l’état « vert » ont des propriétés mécaniques médiocres (elles sont très fragiles) et une porosité élevée. Par exemple, les pièces métalliques doivent subir un frittage ou un traitement thermique. Après avoir brulé́ le liant (déliantage), le frittage de la pièce « verte » permet sa consolidation, venant ainsi conférer à celle-ci sa densité́ finale et ses caractéristiques mécaniques. Les objets en quadrichromie sont également infiltrés d’acrylique et enduits pour améliorer l’éclat des couleurs. À l’inverse, les impressions au sable sont généralement prêtes à l’emploi après l’impression 3D. 

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La technologie d’impression 3DP

L’impression 3DP a été développée au Massachusetts Institute of Technology (MIT), puis licenciée par la société ZCorporation. Celle-ci fut racheté par 3D Systems en janvier 2012. Ce procédé utilise des gouttes de glue qui viennent coller la poudre pour former une pièce solide. La glue peut être pigmentée afin d’apporter de la couleur à la pièce finale. L’objet imprimé doit être chauffé, l’excès de poudre supprimé et un traitement de finition doit être appliqué. 

La technologie 3DP et son travail des couleur a permis à des artistes de créer des oeuvres par impression 3D. Dans l'article "Sculpture numérique et fabrication additive couleur", vous pourrez découvrir le travail de Christian Lavigne, sculpteur numérique et président d’Ars Mathematica. 

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En 2000, Christian Lavigne réalisait le triptyque Cybersaly II : Le voyage africain. La même année, la société Z Corporation lançait l'imprimante 3D couleur Z406 full-color. Il persuadait alors les ingénieurs de tester leur machine en utilisant les fichiers VRML de mon oeuvre. Ils firent plusieurs essais qui contribuèrent à l'amélioration du procédé. En 2007, il obtint un meilleur résultat grâce à une société aujourd'hui disparue, Axiatec, qui avait développé une méthode de finition inédite pour les impressions couleures Zcorp.

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Pourquoi choisir la technologie Binder Jetting ?

  • Ce procédé produit des pièces métalliques et des prototypes en couleur à faible coût – comparé aux technologies DMLS, SLM, SLS ou SLA.
  • Il permet de fabriquer de très grandes pièces et des géométries métalliques complexes, car il n’est pas limité par des effets thermiques. 
  • Comme d’autres procédés additifs, il permet la réalisation de structures lattices (sans contraintes de supportage), de toutes sortes de texturations de surfaces 3D.
  • Ses capacités de fabrication sont excellentes pour la production de petites et de moyennes séries avec les inconvénients cités précédemment comme des propriétés mécaniques faibles.
  • Le Binder Jetting permet aussi d’imprimer des objets en couleur, même si les pièces sont peu solides.
  • Il permet enfin de fabriquer des noyaux et moules de coulée en sable.
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Un jet de liant à base d'acier H13

La société ExOne, fabricants de systèmes de fabrication additive, et le laboratoire national Oak Ridge (ORNL) mènent des recherches sur l'optimisation de la chimie et des paramètres de processus d’impression 3D métallique et de sable par jet de liant. Dans un deuxième temps, ils travaillent également sur le traitement de l'acier H13. Incroyablement polyvalent, celui-ci est très utilisé dans l'industrie de l'outillage, de la matrice et de l’empreinte en creux. Il est résistant à la fissuration thermique lorsqu'il est travaillé à des températures élevées et possède une ténacité élevée. De nombreux spécialistes de la fabrication additive travaillent sur ce métal, signe d'une demande des clients.

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