Additive 3D ADEPT MAG - IMPRESSION 3D - 3D ADEPT MEDIA
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additive FABRICATION
FABRICATION
additive
3D ADEPT MAG
IMPRESSION 3D
POST-TRAITEMENT - ÉLECTRONIQUE IMPRIMÉE 3D - MATÉRIAUX POLYMÈRES
N°2 - Vol 2 / Avril 2019
Sommaire
3D Adept Mag
ADDITIVE MANUFACTURING/ RAPID PROTOTYPING/
TECHNOLOGIcal INNOVATIONS
Editorial
Edité par
3D ADEPT MEDIA
Directeur de publication
Benell Delano Répondre au mieux aux besoins de l’industrie
Rédactrice en chef Un ingénieur travaillant dans un bureau d’études
Kety Sindze s’est approché de 3D ADEPT Media, pour savoir si
nous pouvions faire une analyse de l’électronique
Création graphique
imprimée 3D. L’un des jeunes marchés de l’industrie
Martial Y., Charles Ernest K. attire de plus en plus les entreprises, et soulève des
Rédaction questions sur les acteurs et les services de cette
Yosra K., Yves Marcial D. spécialité.
Correction Cette histoire est un exemple parmi les nombreuses
requêtes que nous recevons au quotidien, qui nous
Laura Depret, Jeanne
Géraldine N.N. permettent de répondre de façon précise aux
interrogations des professionnels de l’industrie, des
équipementiers et des entreprises de l’industrie de
la fabrication additive qui nous lisent.
Toute reproduction, même Nous répondons aux questions soulevées par cet
partielle, des articles et ingénieur dans ce numéro. Mais pas que, nous
iconographies publiés dans 3D répondons aussi aux autres questions soulevées
Adept Mag sans l’accord écrit de
par les professionnels qui veulent découvrir plus sur
la société éditrice est interdite.
le post-traitement, les logiciels de simulation pour
la fabrication additive, les polymères ou encore
l’état du marché de l’impression 3D dans le secteur
médical.
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3D ADEPT SPRL et mettre en place des initiatives qui permettent de
TVA: BE / 0681.599.796 satisfaire la demande des acteurs.
C’est un fait qui marque particulièrement ce numéro.
Les thèmes discutés par les entreprises nous plongent
en plein cœur des problématiques soulevés par les
industriels. Les analyses des entreprises participantes
se confrontent, elles partagent une vision commune –
celle de l’industrialisation de la fabrication additive -
mais ne proposent pas (toujours) les mêmes solutions.
C’est challengeant, déroutant et passionnant. Lisez,
vous verrez par vous-même.
Kety SINDZE
Rédactrice en chef
La fabrication additive
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Contenu
N°2 - Vol2 / Avril 2019
13
Fabrication additive :
Comprendre le processus
de l’élimination des poudres
métalliques
Interview : BERND HACKEMAN
(Fondateur et CEO de TraXer)
7
21 LOGICIELS DE SIMULATION : Utilisation, avantages et limites
29 Focus sur l’électronique imprimée 3D
37 Zoom sur une application : l’impression 3D dans le secteur médical
Le magazine de la fabrication additive
16
L’utilisation croissante des
polymères dans la FA :
Le cas particulier des
matériaux PEAK
33
ÉTUDE DE CAS SINTRATEC : Application
de l’impression 3D dans le secteur
médical
www.3dadept.com 5
Le magazine de la fabrication additive
Fabrication
additive
Avec Comprendre le processus
la contribution de d’élimination des poudres
EOS, SOLUKON & RÖSLER
métalliques
Le post-traitement est en quelque sorte la partie
du processus de fabrication qui intrigue le plus les
professionnels. L’industrie fait preuve d’un certain manque
de compétences et de contrôle tout au long de la chaîne de
production d’une pièce finale imprimée 3D - en particulier
lorsqu’il s’agit d’une pièce métallique imprimée 3D. Elle
montre également un manque de source fiable lorsqu’il
s’agit de développer une preuve de concept pour un
procédé sûr, fiable, capable d’éliminer et de récupérer la
poudre résiduelle.
C’est la raison pour laquelle nous avons décidé d’aborder
ce thème. Afin d’analyser dans son ensemble les contours
d’un procédé d’enlèvement de poudre nous avons invité
les acteurs qui fabriquent des systèmes de fabrication
additive, les fabricants de technologies de post-traitement
et les prestataires de services d’impression 3D capables
d’apporter un point de vue d’utilisateur de ces technologies
de post-traitement. Eduardo Alonso, Regional Manager
France, EOS ; Vincent Raman, spécialiste de la technologie
de finition de masse chez Rösler et Andreas Hartmann,
Co-fondateur et directeur technique de Solukon partagent
leur expertise respective dans ce dossier. D’autres
conversations et analyses de divers experts, dont les
laboratoires Lawrence Livermore National, seront
présentées tout au long du dossier pour mettre en évidence
ou préciser certains points.
Le magazine de la fabrication additive
Rösler est un fournisseur d’équipements précisent que les procédés de fusion en lit de
de traitement de surface (finition en série et poudre comme la fusion au laser ou le frittage
grenaillage), ainsi que de systèmes de lavage au laser nécessitent principalement un procédé
3D Adept Mag
industriel. En raison du fait qu’une pièce d’élimination de poudre. Ce processus soulève
imprimée en 3D avec les technologies DMLS, plusieurs défis de post-production que nous
EBM, FDM, PolyJet, SLM et SLS peut présenter allons démystifier.
des arêtes, des bavures et des aspérités, les
technologies de ponçage, lissage et polissage Défis rencontrés lors d’un processus
de finition en série sont fournies par Rösler d’élimination de poudre métallique
pour obtenir le rendu attendu. L’an dernier,
Pour rappel, la fusion sur lit de poudre
l’entreprise s’est associée à PostProcess,
métallique est une technologie de fabrication
un autre spécialiste des technologies de
additive (FA) qui fait fondre des couches de
post-traitement afin de compléter son
poudre métallique entre elles afin de générer
portefeuille de produits.
rapidement de nouvelles pièces. Le seul bémol
EOS est un fabricant de systèmes d’impression est qu’à la fin du processus de fabrication,
3D industrielle. Fondée en 1989, l’entreprise on constate que l’excès de poudre recouvre
propose une large gamme de solutions les pièces nouvellement imprimées, ce qui
holistiques dans la fabrication additive. Leur représente un risque non seulement pour les
participation à ce dossier est assez atypique processus de fabrication futurs mais aussi pour
dans la mesure où ils discutent souvent de la santé des opérateurs.
l’élimination des poudres dans le cadre du
De plus, l’élimination de cette poudre prend
thème général du procédé de fabrication des
beaucoup de temps puisqu’elle est éliminée
poudres ou de la gestion du matériau.
manuellement, ce qui crée un goulot d’étran-
Enfin, Solukon est un fabricant allemand glement pour les productions à grande échelle,
d’équipements périphériques de post-traitement d’où le besoin d’un système qui nécessite un
pour les technologies de fabrication additive. minimum d’intervention de l’utilisateur avant la
L’entreprise met l’accent sur les unités de prochaine étape.
dépoudrage automatique et les stations de
Bien que Vincent Raman de Rösler explique
déballage pour les pièces métalliques et
que les systèmes de FA sont livrés avec des
plastiques fondues au laser.
solutions pour le traitement de surface et
L
’étape de post-production consiste en l’enlèvement des supports, Eduardo Alonso
une série de procédés de fabrication précise de son côté que « le principal défi est
supplémentaires tels que le traitement de retirer complètement la poudre de la pièce,
thermique pour obtenir les propriétés en particulier des canaux et des petits espaces
souhaitées. L’élimination de l’excès de poudre où il est plus difficile de le faire. Un autre
des cavités internes et des géométries point important est la sécurité des opérateurs,
complexes des pièces imprimées est un c’est-à-dire minimiser le contact de la poudre
élément crucial de cette étape. Le manque pendant l’enlèvement. »
de compétences précises concernant cette
De plus, selon un expert de Lawrence
étape du processus de FA conduit souvent à
Livermore National Laboratories, « un autre
externaliser l’étape de post-traitement pour
défi est de savoir quand toute la poudre a été
obtenir de meilleurs résultats au niveau de la
enlevée » d’une part, et d’autre part, selon les
pièce finie. Cela pourrait donc expliquer le fait
termes d’Andreas Hartmann, « d’enlever la
que la production de pièces fabriquées de
poudre résiduelle de manière sûre, efficace,
manière additive fonctionnelles et provenant
économique, avec des résultats de nettoyage
d’une source unique, reste hors de portée de
reproductibles et sans contamination pour le
plusieurs fabricants.
recyclage ».
En ce qui concerne les technologies de
La première observation est que ces défis
fabrication additive elles-mêmes, un processus
peuvent varier d’un utilisateur ou d’un fabricant
d’élimination des poudres est nécessaire pour
à l’autre en raison du type de procédé de
toutes les technologies qui font fondre une
post-traitement qu’ils utilisent.
poudre, par exemple la fusion en lit de poudre,
le dépôt direct d’énergie à base de poudre,
la projection de liant, etc. Vincent Raman de
Rösler et Andreas Hartmann de Solukon
www.3dadept.com 7
Le magazine de la fabrication additive
Les processus d’élimination temps, EOS estime que
actuels peuvent le « processus manuel est
généralement être divisés généralement totalement
en trois catégories : les flexible, car il peut être
processus manuels, réalisé à tout moment sur
l’immersion dans un n’importe quelle machine
liquide et le nettoyage par d’impression 3D ». Ce
ultrasons. serait certainement le
plus grand avantage de
De nos jours, le procédé le ce processus. Cependant,
plus utilisé reste le procédé dans la recherche
manuel, qui nécessite constante de la rapidité,
parfois l’utilisation d’air l’entreprise reconnaît
comprimé pour éliminer également l’importance de
les cavités. Il consiste à l’automatisation dans le Vincent Raman
secouer physiquement les post-traitement. En effet, En ce qui concerne l’immersion
pièces à l’aide de brosses, Eduardo Alonso ajoute liquide, une recherche explique que
de cure-pipes ou d’une que « l’automatisation du le succès du processus d’élimination
plaque à l’aide d’un maillet processus d’enlèvement de la poudre par cette technique varie
pour éliminer la poudre. de poudre est en cours souvent d’une personne à l’autre. Les
De plus, il est encadré par de test pilote chez EOS appareils utilisés dans ce cas sont
une réglementation stricte et chez certains clients généralement fabriqués en interne et
en raison des exigences pilotes : l’automatisation utilisent généralement un écoulement
de sécurité de la machine. afin d’enlever la majeure de fluide pour balayer les débris. Un
En effet, les risques liés partie de la poudre par bon exemple de ce type de solution
à ce procédé concernent exemple en faisant tourner est le matériau de support soluble
principalement les poudres de 180° l’interchangeable récemment dévoilé par XJET, fabricant
métalliques non contrôlées dans le cadre du système de la technologie d’impression
et aéroportées. d’impression 3D ou par un 3D métal et céramique CARMEL.
Bien qu’elle soit qualifiée bras robot avec une buse Uniquement destiné au métal, le
par d’autres comme d’aspiration ». fabricant israélien a expliqué qu’il
nécessitant beaucoup de faut quelques secondes pour parfaire
l’ensemble du tableau et faciliter
la fin du processus de fabrication.
La solution réduit les besoins en
main d’œuvre tout en améliorant le
processus. Se dissolvant rapidement
dans une solution à base d’eau, sans
danger, les avantages des matériaux
de support solubles peuvent être
frappants.
Vincent Raman a déclaré à propos
du procédé d’immersion dans le
liquide : « L’immersion dans un liquide
enlève les structures de support pour
différentes techniques d’impression,
aussi bien en grandes séries que sur
une seule pièce, sans action manuelle».
Cependant, pour le spécialiste de
la technologie de finition en série,
« beaucoup de clients utilisent un
procédé de grenaillage qui nécessite
beaucoup de travail manuel la plupart
du temps, d’où la fonction d’automa-
tisation que Rösler a intégrée pour les
petites pièces ».
Eduardo Alonso, Directeur Régional EOS France
3D ADEPT MAG
En ce qui concerne le procédé de nettoyage la qualité. Tous ces facteurs comportent des
par ultrasons, il consiste à immerger la pièce risques pour la santé, la sécurité, la qualité et
3D Adept Mag
dans un bain fluide (eau ou solvant), puis à des coûts élevés.
utiliser un transducteur pour créer des ondes
ultrasonores. Ces ondes conduisent à la L’immersion liquide fonctionne très bien pour
cavitation et une fois que les bulles formées nettoyer les surfaces sans laisser de résidus,
s’effondrent, elles enlèvent les débris de la mais les pièces doivent être pré-nettoyées
pièce. Un inconvénient de ce procédé est que avec un procédé à sec sous forme de poudre
l’immersion d’une pièce dans du liquide rend résiduelle, ce qui soulève souvent des
la poudre retirée inutile alors que pour des problèmes lorsque les canaux internes sont
raisons économiques, les fabricants ont souvent remplis de poudre.
tendance à réutiliser la poudre retirée. La poudre se coince et la pièce est
Le cofondateur et CEO de Solukon donne endommagée. Les ultrasons peuvent être très
un aperçu général sur les trois catégories de utiles, mais des canaux obstrués sont également
procédés d’enlèvement de métaux : possibles. En général, lors de l’immersion, la
poudre résiduelle ne peut pas être réutilisée et
« doit être éliminée.
L’immersion avec des solvants chimiques ou
des méthodes d’impulsions électrochimiques
sont des solutions parfaites car elles permettent
d’enlever les structures de support et d’améliorer
les surfaces des pièces. Cependant, dans ce
cas, il est utile d’enlever la plus grande partie de
la poudre dans un procédé à sec car la poudre
ne peut pas être réutilisée. »
D’autres dispositifs et méthodes (en instance
de brevet) d’élimination de poudre ne sont
pas toujours destinés aux technologies de
FA. Certains d’entre eux incluent l’utilisation
de vibrations tandis que d’autres utilisent des
aspirateurs ou des forces magnétiques pour
enlever la poudre.
Regard sur les technologies de
Andreas Hartmann : cofondateur et CEO de Solukon post-traitement des entreprises
participantes
A première vue, les processus manuels ne
requièrent pas beaucoup de savoir-faire et EOS
peuvent être réalisés à l’aide d’appareils de
soufflage ou de brossage. Mais en y regardant Comme annoncé précédemment, le fabricant
de plus près, l’enlèvement manuel de la poudre allemand EOS propose tout un système de
est très risqué car l’opérateur entre inévita- gestion des poudres. Appelé IPCM M pro, il
blement en contact avec des particules. permet de transporter hors du système de FA
des matériaux qui ne sont pas fondus pendant
Ce matériau métallique est très fin et assez léger le processus de construction, sans ouvrir la
pour être aéroporté dans de nombreux cas. porte de la chambre de traitement et donc sans
Elle est généralement nocive pour la santé et il que l’opérateur entre en contact direct avec le
existe un risque qu’elle pénètre dans l’organisme matériau.
par les voies respiratoires ou par la peau. Si
la poudre est libérée dans l’air, elle peut créer « Une pompe à vide transporte la poudre hors
des nuages de poussière qui peuvent créer une du système et dans l’IPCM M pro, où elle est
atmosphère dangereusement explosive. tamisée sous gaz inerte dans le module à un
débit de 120 kg de matière en 30 minutes - 50
En même temps, l’enlèvement manuel de % plus rapide que les solutions précédentes.
la poudre prend beaucoup de temps et les La poudre ainsi traitée peut être utilisée pour un
résultats de nettoyage sont imprévisibles avec nouveau processus de construction, et le cycle
une reproductibilité variable, ce qui compromet de la poudre recommence ainsi. »
www.3dadept.com 9
Le magazine de la fabrication additive
Solukon
Quant à Solukon, l’entreprise a
récemment dévoilé son équipement de
dépoudrage SFM-AT800-S suivant le à la
suite du SFM-AT800.
En parlant de ces équipements, Andreas
Hartmann a déclaré que « les unités
de dépoudrage automatisées enlèvent
et collectent la poudre résiduelle des
pièces complexes fondues au laser
avec des vibrations ciblées et une
rotation programmable à deux axes
dans une atmosphère protégée. La
vibration réglable et à haute fréquence
rend la poudre fluide de sorte qu’elle
peut facilement s’écouler de très petits
espaces et de canaux complexes.
EOS: Périphérie destiné à la gestion des poudres
L’écoulement de la poudre est soutenu par
Selon l’entreprise, il s’agit d’un équipement le déplacement de la pièce automatisée
de protection confortable en raison de ses autour de deux axes vers toutes les
avantages en termes de santé et de sécurité positions 3D possibles en continu
ainsi que d’opérabilité, car le risque de contact ou vers des positions programmées
avec la poudre est minimisé. individuellement.
De plus, les systèmes sont équipés de
Rösler dispositifs de soufflage manuels ou
Rösler ne fournit pas seulement des automatisés.
technologies de post-traitement pour la
Pour éviter les atmosphères explosives
fabrication additive métallique.
pour les matériaux réactifs comme le
« Nous fournissons des procédés de post-im- titane et l’aluminium, la chambre de
pression et de frittage. Ces processus sont traitement peut être rendue inerte grâce
définis comme l’enlèvement des structures de à une infusion de gaz inerte contrôlée par
support (pour pièces métalliques et plastiques) sécurité.
et l’amélioration de la surface (des pièces
La poudre résiduelle peut être collectée
métalliques et plastiques). Notre plus grand
sans contamination pour être recyclée
avantage est l’automatisation ainsi que la
dans des conteneurs spéciaux ou
longue expérience de l’entreprise en tant que
directement recyclée dans un système de
spécialiste des surfaces », explique Vincent
tamisage raccordé.
Raman.
En plus d’atténuer les risques pour
la santé et la sécurité, les utilisateurs
peuvent réduire considérablement le
temps de nettoyage et améliorer la
collecte et le recyclage des poudres
coûteuses non utilisées.
Certains utilisateurs ont signalé une
réduction de la main d’œuvre allant
jusqu’à 90% par rapport aux procédés
manuels d’enlèvement de poudre. »
L’entreprise ajoute que, « grâce à la
vibration réglable, le procédé est très
doux et n’influence pas les propriétés
Système de post-traitement Rösler mécaniques de la pièce ou de la surface».
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3D Adept Mag
AM helps MIM
company drasticaly Système de dépoudrage de
Solukon - SFM-AT800-S
reduce product
lead time
Metal Injection Moulding (MIM)
company MIMtechnik GmbH,
Schmalkalden, Germany, is reducing
the lead time for prototype MIM
products to as little as one week
using Binder Jet Additive Manufac- The prototyped parts produced on an Innovent+ Binder Jetting system from
turing. The company selected an ExOne (Courtesy The ExOne Company)
Innovent+TM Binder Jet AM system
produced by The ExOne Company,
ObtenirNorthla piècePennsylvania,
Huntington, finie désiréeinitial customer inquiry, représenter un problème
while elimi-
pour une entreprise.
matched what the customer could
USA, to develop prototype fasteners nating prototype Par conséquent,
tooling costs (typically gérer
expectles opérations
from de
final MIM parts.
Lors d’un séminaire de GE Additive, l’un des post-traitement d’une
for building hardware for customer in the range of €10,000–20,000). The successful delivery ofbonne
production de la the
ingénieurs de
evaluation.
l’entreprise a déclaré que de façon, pourrait
In addition, because the Innovent+ se traduire
prototypes par
to thedes avantages
customer resulted
toutes les étapes
Tooling for MIMquiis sont intégrées dans
traditionally producesle parts using
significatifs pour les
the same 316L entreprises.
in an order for approximately 600,000
coût final d’une pièce - les frais
expensive and the lead time for new d’exploitation,
high density single alloy powders as MIM parts in the first year of produc-
les coûts d’usinage,
moulds is usually fromlesten
coûts des matériaux
to four- La gestion
used in its MIM products, de ces opérations
MIMtechnik tion, expected tonécessite
increase to 1.2 million
des pièces, les The
teen weeks. déchets solides,
use of Binder Jet AMles déchets évidemment
was able to use its current sintering de prendre en compte tous
parts in the following years.
de poudre,
reducedetc.
lead – lesforopérations
time the prototype de post-pro- les contours
process on the prototyped de l’idéewww.exone.com
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du coût du post-traitement, ce qui peut après l’élimination des poudres.
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3D Adept Mag
I NTERVIEW
HACKEMAN
BERND
Fondateur et CEO de TraXer :
Sa lutte pour fournir un
environnement d’impression 3D
sain aux industriels
« Avoir une pièce imprimée 3D conforme est une bonne chose, mais permettre aux
ingénieurs de produire cette pièce dans un environnement sain est encore mieux. »
Bernd, qu’est-ce qui vous a amené dans cette
Ingénieur de formation, Bernd
industrie et précisément à la création de 3DWASH ?
Hackemann travaille dans l’industrie Ebay m’a amené dans cette industrie. J’ai vu une imprimante
de la fabrication additive depuis 3D il y a plusieurs années sur la boutique en ligne, je l’ai
quelques années. Il a fondé TraXer, achetée et j’ai été immédiatement contaminé. :-) Cependant,
une start-up allemande dont l’objectif je partage mon expertise avec le côté industriel du marché.
est de conseiller les professionnels
Je travaille depuis quelques années dans l’industrie
d’industries exigeantes telles que
de la fabrication additive et aujourd’hui, notre cœur de
l’automobile sur l’utilisation des
métier consiste à accompagner les entreprises dans le
matériaux d’impression 3D. Bernd
post-traitement et l’enlèvement de matière.
Hackemann a attiré notre attention
l’année dernière lorsqu’il est venu Pour parler de ce qui m’a emmené à la création de
nous voir afin que nous puissions 3DWash, c’est l’observation selon laquelle, de nombreux
faire connaître son agent nettoyant professionnels de l’industrie utilisent la « soude caustique
pour supports solubles destiné aux », également appelée hydroxyde de sodium (NaOH) lors du
technologies FDM. post-traitement. Au cours d’une expérience, j’ai découvert
que la solution peut être très dangereuse si elle est mal
Avec humour, Bernd nous fait part manipulée et peut causer des problèmes de santé à son
aujourd’hui de ce qui l’a amené utilisateur. En raison du fait qu’il peut être nocif et pour éviter
dans cette industrie et, surtout, de la solution chimique malsaine, les professionnels n’aiment
sa volonté de faire progresser les pas imprimer avec ces matériaux solubles spéciaux.
procédés industriels d’impression 3D
dans un environnement sain. Nous avons donc développé 3DWASH pour remédier à cette
situation et permettre aux professionnels de l’impression 3D
de travailler dans un environnement sain.
www.3dadept.com 13Le magazine de la fabrication additive
Dîtes-nous plus sur les caractéristiques thermopla s tiques solubles sont uniques :
de cette solution bien qu’insolubles dans l’eau, ils peuvent être
transformés de l’état solide à l’état dissous dans
3DWASH est un agent nettoyant qui a pour but une solution aqueuse alcaline. Les solvants
de résoudre les problèmes des supports solubles organiques dangereux ou toxiques ne sont pas
imprimés en 3D. L’étape de post-traitement est nécessaires. Mais pour éviter des pH élevés,
très importante pour de nombreux clients car un 3DWash a été développé.
simple processus d’impression 3D ne suffit pas
pour obtenir un produit final. De plus, la principale Comment parvenez-vous à développer
étape importante dans la phase de post-traitement ce marché ?
est de se débarrasser de la structure de support
qui est liée à la géométrie complexe. Habituellement, ce type de produits est développé
par l’intermédiaire du réseau de distributeurs des
Avec une faible valeur PH, notre support soluble fabricants, mais ceux-ci ne sont pas toujours
contient un additif spécial pour les polymères et disposés à ajouter ce type de produits à leur
protège les structures du modèle de l’impression. portefeuille. Toutefois, étant donné que la base de
consommateurs cibles a récemment été étendue
Les trois caractéristiques qui permettent à cette à un groupe plus large, je m’adresse directement
solution de se démarquer de la masse sont : aux industriels.
• Sa faible valeur PH : aucune dilution ou
Y a-t-il une recommandation que vous
neutralisation supplémentaire n’est nécessaire.
aimeriez donner aux personnes qui ne
• Le fait qu’il s’agit d’une solution écologique. connaissent pas ce type de produit ?
En effet, l’utilisateur n’a pas besoin de gants ou
de lunettes de protection pour utiliser 3D WASH. Ma plus grande préoccupation lors du
développement de ce produit de nettoyage a été
• Le fait qu’il fonctionne avec des polymères et restera la sécurité au travail. Il est dommage que
solubles. certaines entreprises ne s’en soucient pas. Avoir
une pièce imprimée 3D parfaite est une bonne
chose, mais permettre aux ingénieurs de produire
une pièce imprimée 3D dans un environnement
sain est encore mieux.
Votre dernier mot ?
Il y a une grande différence entre les marchés de
l’impression 3D professionnelle et industrielle et
les produits de consommation courante. Je suis
surtout du côté industriel de l’entreprise. Je crois
que cette précision est vraiment importante à faire.
La solution est-elle uniquement destinée
aux technologies FDM ?
Au tout début, la solution n’était destinée qu’aux
utilisateurs des technologies d’impression 3D
FDM de Stratasys. Cependant, depuis Formnext
2018, je me suis rendu compte que le produit est
aussi très utile pour les fabricants de polymères
solubles.
Y a-t-il une clarification spécifique que
vous pouvez apporter sur l’utilisation de
3DWash pour les polymères solubles ?
Pour un usage professionnel, des polymères Pour plus d’informations sur TraXer, contactez :
solubles spéciaux sont utilisés comme matériau Bernd Hackemann - bernd.hackemann@traxer.de
Phone: +49 160 1536392
de support avec, par exemple, des matériaux
www.traxer.de
de modèle ABS ou PC-ABS. Ces polymères
3D ADEPT MAGAvimetal Powder Metallurgy Technology Co., Ltd
Le magazine de la fabrication additive
MATERIAUX
L’utilisation croissante des polymères dans la FA :
Le cas particulier des matériaux PEAK
L
es technologies de fabrication peuvent qui s’adaptent aux procédés de fusion en lit
amener une véritable révolution dans de poudre, tels que le frittage laser, ou aux
l’utilisation des matériaux polymères, procédés d’extrusion en fusion, tels que la
à condition que les bons matériaux fusion de filaments.
puissent être trouvés et appliqués aux différents
procédés, en vue d’obtenir, au final, des pièces Par extension, une extrusion directe à l’état
de séries possédant les propriétés, aspects et fondu à partir de granulés ou d’autres formes
fonctionnalités attendus. intermédiaires est également possible. La
clé d’une bonne utilisation du PEAK est de
L’enjeu est de taille car tous les types de traiter le polymère à une température de fusion
matériaux sont touchés : métaux, polymères, élevée comprise entre 300 et 400 ° C, et de
céramiques, béton et cellules biologiques. contrôler soigneusement le refroidissement
Notre analyse pour ce dossier vise à observer avec des chambres chauffées et le contrôle
l’utilisation croissante des polymères ou du processus. Du fait de leurs propriétés, ces
thermoplastiques dans l’industrie de la matériaux sont prisés et nécessaires pour
fabrication additive. Un focus particulier sera des secteurs hautement réglementés tels que
mis sur le PEAK. l’aéronautique, l’automobile et le médical.
Utilisation des matériaux PEAK dans Parlant du PEEK précisément, Martin Court,
l’industrie Executive Director à Victrex explique que
«le PEEK se distingue des autres polymères
Deux grandes catégories se distinguent en ce qu’il est l’un des thermoplastiques les
dans la famille des thermoplastiques hautes plus performants disponibles. Ses excellentes
performances : Les polyaryléthercétone caractéristiques mécaniques et chimiques lui
(PEAK) et polyétherimide (PEI) plus connu permettent de répondre de manière unique à de
sous le nom commercial d’ULTEM. multiples exigences. Par exemple, le polymère
PEEK polyvalent léger et haute résistance
Principalement utilisés sous forme de offre une résistance élevée à l’usure, à la
Polyétheréthercétone (PEEK) et de température, à la fatigue et aux fluides / produits
polyétheréthercétone cétone (PEKK), les chimiques agressifs. »
matériaux PEAK possèdent un ensemble
unique de propriétés mécaniques et thermiques Interrogé sur la question de l’importance
3D ADEPT MAGdes matériaux polymères pour l’industrie, techniques]. Ils se sont alignés sur les
3D Adept Mag
Harold van Melick, Directeur de Recherche avantages de la conception pour la FA et les
& Développement de l’unité de Fabrication quantités dont ils ont besoin d’une part, d’autre
Additive de DSM, fabricants de matériaux, part sur les avantages du modèle d’affaire.
explique : « Les matériaux polymères sont Si les exigences techniques ne peuvent être
largement utilisés dans de nombreuses satisfaits, l’application devra être repensée en
industries (sans doute dans toutes les processus conventionnels où l’ensemble des
industries). Bien que de nombreuses matériaux est mieux adapté aux exigences.
applications soient une fabrication en série axée Si les équipementiers et tous les acteurs de
sur les coûts, les propriétés des polymères la Supply Chain de la FA veulent satisfaire
sont décisives dans le choix des matériaux. les exigences de leurs clients, nous devons
Par exemple, il est impossible de fabriquer développer des matériaux, des procédés et
un connecteur, un disjoncteur, un pneu, une des machines pour répondre à ces exigences.
botte CVJ souple en métal [sans faire un Si on laisse de côté l’un de ces trois éléments
choix méticuleux des matériaux]. Cette quête essentiels, on ne peut avoir un écosystème qui
de fonctionnalité amènera les concepteurs à peut prospérer ».
réaliser des applications à partir de polymères
dans de nombreux secteurs. Les plus évidents Si on comprend l’importance de l’utilisation
sont les domaines du médical / dentaire, des des matériaux polymères, la réalité du
transports / automobile, de l’électronique et des marché montre que la FA métallique reste la
sports. ». technologie qui fait le plus avancer l’industrie.
Comment expliquer ce revers de la
situation ?
Comparativement à la FA des dans les
matériaux polymères, la fabrication additive
(FA) des poudres métalliques est plus mature
Matt Torosian, Directeur de la Gestion des lorsqu’il s’agit d’atteindre des propriétés
Produits de matériaux chez Jabil, met en proches des technologies de fabrication
avant la nécessité d’associer le point de conventionnelles.
vue économique de la chose aux exigences Pour DSM, la prévisibilité des propriétés et
techniques : des performances des pièces sont autant
d’éléments qui facilitent l’adoption de
l’impression 3D métal dans les industries.
Cependant, de nombreuses applications ne
peuvent tout simplement pas être réalisées
avec les métaux. Les matériaux polymères
ou composites sont à ce jour une alternative
largement utilisée dans des applications de
moulage par injection, en particulier pour des
applications légères.
Victrex de son côté met l’accent sur l’aspect
technique pour comparer les métaux aux
matériaux PEAK, fabricant de matériaux affirme:
« par rapport aux métaux, les matériaux à base
de PEEK sont très légers, faciles à façonner,
« Nous avons participé à des réunions avec résistants à la corrosion et peuvent avoir une
de nombreux équipementiers qui ont des résistance spécifique (résistance par unité de
applications qu’ils considèrent comme étant poids) nettement supérieure. »
commercialement adaptées à la FA polymère.
Le problème est que l’ensemble des articles Jabil quant à lui évoque un nombre limité
disponibles ne répond pas aux exigences d’acteurs capables de répondre à la demande
physiques recherchés. [Il s’agit aussi bien latente du marché et un marché déjà existant
d’un problème de coûts que d’exigences de l’impression 3D métal qui contribue à sa
www.3dadept.com 17Le magazine de la fabrication additive
croissance : « les matériaux polymères sur le propriétés, mais également en termes de
marché de la fabrication additive, en particulier coûts). C’est un matériau d’ingénierie robuste,
les poudres pour SLS et HSS, ont été freinés qui présente de bonnes propriétés dans
par un manque d’acteurs. Au fur et à mesure de nombreuses applications exigeantes
que de nouvelles applications sont apparues, le (résistance aux produits chimiques,
nombre de matériaux d’ingénierie disponibles température élevée, usure, inflammabilité).
n’a pas beaucoup changé (…). Il existe par L’impression de ce matériau rendrait ces
contre un marché établi pour les métaux en propriétés (combinées aux avantages
poudre. De plus, le nombre de produits requis génériques des polymères) effectives.
par la technologie et une base de fabrication Cependant, il existe de nombreux autres
de poudre établie [permettent de comprendre polymères techniques disponibles -
pourquoi les investissements sont dirigés vers polyamides, polyesters, PPA, PPS…
les polymères] plutôt que les métaux ». - présentant des propriétés similaires et
pouvant être utilisés dans l’impression 3D.
Il existe un besoin évident de matériaux Chaque matériau polymère a ses forces et ses
plastiques regroupant un ensemble de faiblesses. L’ensemble des exigences qu’une
propriétés mécaniques, thermiques et application doit remplir, déterminera le choix
chimiques répondant aux besoins des
du matériau.
industriels. Leur polyvalence incite à investir
dans le développement de technologies
de FA capables de fournir des pièces et
des matériaux fonctionnels pouvant fournir
ces profils de propriétés. Le portefeuille de
matériaux polymères dans la FA est encore
assez limité ; environ 1% de ce qui est
disponible pour le moulage par injection, et
il nécessite de gros investissements pour
rendre les matériaux et les technologies de FA
adéquates disponibles.
Structure poreuse finement détaillée imprimée en Victrex
PEEK utilisant la technologie BOND3D - Copyright :
Technologie 3D haute performance de Bond
Un potentiel énorme pour le secteur
médical :
La fabrication additive permet de créer des
implants sur mesure et d’établir une corrélation
directe avec des modèles de patients
numériques, ce qui transformerait radicalement
la planification préopératoire et la chirurgie.
Il existe un véritable engouement pour les
implants en PEEK dans la pratique clinique en
raison des bénéfices qu’ils peuvent apporter
Martin Court : Directeur exécutif chez Victrex aux patients. Les recherches actuelles sur la
technologie PEEK et ses applications incluent
Cas particulier du thermoplastique notamment les implants dentaires, de genou,
rachidiens ou de traumatologie.
PEEK
De nombreux acteurs du marché offrent des
Dans l’industrie des plastiques conventionnels,
services spécifiques aidant à l’intégration
le PEEK est considéré comme l’un des
plus forte de ces technologies dans le secteur
matériaux au sommet de la pyramide des
médical. VICTREX, présente notamment une
plastiques (non seulement en termes de
3D ADEPT MAGde leurs activités dans le secteur médical, limité de collaborateurs ou un marché qui
Invibio Biomaterial Solutions : « Dans les accueillent plusieurs collaborateurs ?
3D Adept Mag
implants médicaux, le polymère PEEK-OPTIMA
d’Invibio Biomaterial Solutions, permet de Pour DSM, il incombe de savoir comment
surveiller et d’évaluer sans artefact les sites de exploiter les exigences d’une application afin
guérison des patients. De plus, le PEEK a un de déterminer le choix du matériau idéal et
module plus proche de l’os, ce qui, comparé au la technologie d’impression 3D permettant
métal, aide à minimiser la protection contre le d’obtenir les résultats escomptés au niveau des
stress et à stimuler la croissance osseuse. propriétés de la pièce finale.
Bien que la fabrication additive n’en soit qu’à
ses débuts dans le secteur médical, tout
prête à penser que cette technologie peut
révolutionner la fabrication des implants en
termes de de rapidité et de précision.
Les challenges qu’il reste à relever
Bien qu’il y ait un vif intérêt des industriels
de divers secteurs d’activité pour ce type de
matériaux, de nombreux challenges restent à
relever pour une appropriation plus forte des
polymères pour la fabrication additive.
Parlant de l’état d’évolution du marché des
polymères pour la fabrication additive, Matt Jabil – Comment Jabil teste la force d’un matériau
Torosian de JABIL explique : « le marché des
matériaux polymères a besoin de plus de La normalisation des matériaux
nouveaux entrants ouverts et indépendants du
fabricant d’imprimantes 3D et de l’ensemble Pour réussir leur intégration dans le monde
de la chaîne d’approvisionnement de ce de l’industrie, les technologies de fabrication
dernier. Lorsque vous associez l’approvi- additive et les matériaux devront se plier aux
sionnement en matériau à l’approvisionnement exigences des applications. De la conception
en machine, vous limitez la capacité des au contrôle en passant par la production,
équipementiers et des processeurs d’optimiser les normes sont essentielles pour garantir
et d’innover au niveau des matériaux et des un langage commun entre les différents
processus. Jusqu’ici, l’expérience a montré intervenants, mais aussi une qualité maitrisée
que l’indépendance des acteurs (fabricants du produit final.
de résine, fabricants de moules, fabricants
Depuis quelques années, des organisations
de machines, etc.) dans la supply chain a fait
internationales de normalisation technique
avancer la technologie plus rapidement. »
collaborent pour le développement de normes
Pour Matt, les différences de chaque acteur de fabrication additive. Bien que plusieurs
élargissent continuellement l’enveloppe de ce normes aient déjà été publiées, certifiant de
qui peut être fait et poussent tout un chacun à nombreux matériaux, la marche reste encore
innover d’une part ; d’autre part, à utiliser un longue. La grande diversité de technologies
matériau unique, des outils complexes et une et d’acteurs dans le domaine ne facilite pas
meilleure technologie. les choses, mais nul doute que l’avenir de la
fabrication additive polymère en production
Selon l’expert, la FA a donc besoin de dépend en partie de l’évolution de la
systèmes ouverts pour que les matériaux, normalisation.
les processus et les machines puissent être
exploités de façon exponentielle. Par ailleurs, Réussir une normalisation rapide et de qualité,
les systèmes fermés se développent à un c’est renforcer l’image de ces technologies
rythme très limité et limitent le nombre de et leur donner plus de crédit. C’est aussi, et
collaborateurs au niveau des matériaux. Matt surtout, accélérer leur implantation et ainsi
ouvre ainsi un débat simple : qui fera le plus renforcer la compétitivité des entreprises.
rapidement avancé le marché : un nombre
www.3dadept.com 19Developing the Powder Metallurgy Future european powder
metallurgy association
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13 – 16 October 2019
Maastricht Exhibition & Congress Centre (MECC),
Maastricht, The Netherlands
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LOGICIELS DE SIMULATION
Utilisation, avantages et limites
fabrication additive, à la
modélisation structurelle
et à l’analyse de structures
composites avancées, ses
technologies de simulation
sont exploitées dans les
secteurs de l’aérospatiale, de
l’automobile, de la défense et
de l’énergie partout dans le
monde. La société a développé
GENOA3DP, un outil de
simulation de fabrication
additive qui permet de prédire
la déformation, les contraintes
résiduelles, l’apparition de
dommages et la formation de
fissures associées aux pièces
imprimées en 3D.
L
es machines utilisées expertise dans ce dossier.
Les deux experts prendront des
dans l’industrie
Les deux sociétés ont une exemples de cas d’utilisation
manufacturière
grande expérience dans développés par l’entreprise
ont beaucoup de
les solutions logicielles. Ils dans laquelle elles travaillent,
dépendances, qui ne sont pas
fournissent leurs services dans pour illustrer leurs arguments.
statiques. Jusqu’à présent,
la simulation semble être l’un un large éventail d’industries
Un outil de simulation permet
des rares outils permettant et, évidemment, la fabrication
d’imiter le fonctionnement d’un
d’analyser et d’améliorer additive en fait partie.
processus ou d’un système
ces systèmes complexes et Flow Science, Inc. est une réel. Ces types de logiciels
dynamiques. Dans l’industrie société de logiciels qui permettent aux ingénieurs de
de la fabrication additive en développe des outils pour prédire le comportement d’une
occurrence, les opérateurs se la dynamique des fluides imprimante 3D à partir de
demandent encore comment computationnelle, également l’évaluation de la conception, du
ils peuvent faciliter la transition connue sous le nom de diagnostic de problèmes avec
de la fabrication traditionnelle CFD. Parmi ses solutions une conception existante ainsi
à la fabrication additive (FA). CFD, la société a développé que d’un ou plusieurs tests d’un
FLOW-3D, un logiciel qui système dans des conditions
Nous discuterons de ce
fournit des solutions aux difficiles à reproduire.
sujet en mettant l’accent sur
l’utilisation des logiciels de problèmes d’écoulement en
Diverses raisons peuvent
simulation, leurs avantages surface libre.
expliquer l’utilisation d’un
et leurs limites. Pareekshith De son côté, AlphaSTAR logiciel de simulation par les
Allu, ingénieur senior CFD Corporation est une société ingénieurs et les scientifiques:
chez FLOW Science, Inc. et de logiciels qui fournit des la nécessité de créer et de
Rashid Miraj, directeur des services d’ingénierie avancés simuler des modèles à faible
opérations techniques chez pour les technologies de coût plutôt que de construire
AlphaSTAR ont partagé leur simulation basées sur et de tester des prototypes
la physique. Dédiée à la matériels ; la nécessité de tester
www.3dadept.com 21Le magazine de la fabrication additive
plusieurs conceptions avant d’en choisir de la taille des poudres, afin de fabriquer avec
une sur un système de fabrication additive, succès différents alliages de façon additive.
ou même la nécessité de tester l’intégration L’efficacité informatique permet aux ingénieurs de
du design complet en reliant le logiciel de la FA de générer ces fenêtres de processus plus
simulation au matériel. rapidement que les expériences en cours.
Il pourrait y avoir mille autres raisons pour Bien sûr, la facilité d’utilisation est la clé d’une
lesquelles les ingénieurs et les scientifiques intégration réussie d’un logiciel de simulation.
utilisent des logiciels de simulation. Mais Une interface intuitive, basée sur les processus,
le plus difficile n’est pas de connaître les permet aux utilisateurs de suivre une séquence
raisons pour lesquelles un logiciel de logique de configuration qui implémente les
simulation peut être utilisé - car à l’heure entrées nécessaires telles que les propriétés
actuelle, son potentiel n’est plus à démontrer des matériaux, les géométries CAO, le maillage
-, mais surtout de savoir quelles caracté- et les conditions limites de manière significative.
ristiques du logiciel de simulation répondent Cela se traduit par une courte courbe d’appren-
le mieux à leurs besoins. tissage pour les nouveaux utilisateurs et un outil
de simulation accessible à un public plus large
Principales caractéristiques des de professionnels de l’industrie et du monde
logiciels de simulation pour la universitaire. »
fabrication additive Pour AlphaSTAR, par contre, une simulation
Selon Pareekshith Allu, Senior CFD précise d’une pièce à fabriquer par FA doit
Engineer chez FLOW Science, Inc, « un comprendre les composantes et techniques
logiciel de simulation doit avoir trois caracté- suivantes :
ristiques : il doit implémenter avec précision
- Un modèle virtuel de matériau tel que construit,
la physique pertinente sur une gamme
validé incorporant les propriétés des matériaux
d’échelles de longueur et de temps, il doit être
dépendantes de la température.
efficace en termes de calcul et doit être intuitif
pour l’utilisateur ». - Évaluation de la qualité du code g, du trajet
laser, du procédé d’impression et de la pièce
Bien que la simulation puisse être appliquée
imprimée.
avec différentes technologies d’impression
3D, l’ingénieur senior CFD met également - Simulation de processus thermique-structurelle
l’accent sur les différences nuances qui entièrement couplée analysant les déformations
peuvent survenir lors de l’utilisation d’un et les défauts de construction.
logiciel de simulation pour différentes
technologies de FA. - Possibilité de soumettre des pièces virtuelles
conformes à l’exécution avant le chargement du
« Par exemple, dans le cas de la fusion laser fichier à imprimer
en lit de poudre (LPBF), du dépôt direct
d’énergie (DED) et de la fusion sélective par En plus de ces caractéristiques générales
faisceau d’électrons (SEBM), nous devons présentées par l’entreprise, le logiciel
être en mesure de simuler l’étalement et le d’AlphaSTAR, GENOA 3DP, permet à ses
compactage de la poudre, la dynamique du utilisateurs d’analyser des effets environne-
bain de fusion et les défauts associés tels que mentaux (comme l’oxydation), de calculer le vide
la formation de bille et de trou de serrure, et et les dommages en utilisant la modélisation
les contraintes et distorsions résiduelles dans globale ou locale des matériaux ou même
la pièce terminée. Notre outil de modélisation de qualifier et certifier pour la prévision des
FLOW-3D® simule avec précision ces performances des pièces.
processus de FA en implémentant toutes De plus, la fabrication additive reste un sujet
les physiques sous-jacentes pertinentes aux relativement vaste et une chose que nous
micro- et méso-échelles» ajoute Pareekshith avons déjà observée est que les technologies
Allu. d’impression 3D ne se ressemblent pas vraiment
« Grâce à ces simulations, les utilisateurs et peuvent nécessiter un large éventail de
peuvent développer des fenêtres de matériaux. Aussi, les solutions logicielles de
processus pour divers paramètres tels que simulation changent-elles en fonction d’un type
la puissance laser, la vitesse de balayage, spécifique de procédé de fabrication additive ou
l’espacement des écoutilles et la distribution en fonction des matériaux utilisés ?
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