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3D-printed products

L'essor de la fabrication additive offre une liberté sans précédent pour repenser la conception des produits ou en développer de nouveaux. Bien que l'impression 3D soit encore souvent considérée comme « trop chère », il faut voir l'utilisation de cette technologie comme une opportunité de créer davantage de valeur ajoutée. Dans 99% des cas, il est vrai que le passage d'une production conventionnelle à l'impression 3D se traduit par un produit plus cher. Toutefois, si l'on parvient à exploiter les avantages en termes de rapidité de conception, de liberté de forme, de liberté de matériau, ..., de très beaux business cases peuvent être réalisés.

L'impression 3D a également une influence indéniable sur les propriétés de matériaux obtenues, la qualité   et la fabricabilité des produits. Les produits imprimés en 3D peuvent par exemple combiner des propriétés de matériaux qu’il était auparavant impossible de réunir dans une même pièce. Mais dans le même temps, les traitements des matériaux doivent souvent être ajustés pour pouvoir exploiter tout le potentiel de l'impression 3D.  Ceci vaut aussi bien pour la fabrication additive métallique que plastique. L’acquisition de connaissances et d’expérience dans ce domaine est essentielle pour les entreprises. C'est pourquoi Sirris approfondit ses connaissances en la matière.

Un concept multi-dureté pour des pièces imprimées en 3D multifonctionnelles

Le SLS (Selective Laser Sintering) est un procédé en plein développement qui évolue de plus en plus vers la production de pièces finales. Grâce à une machine SLS ouverte sur les paramètres de pilotage, Sirris peut mettre en œuvre par fabrication additive non seulement le polyamide mais aussi d’autres matériaux comme le polyuréthane, le polypropylène et d'autres additifs.

Le polyuréthane thermoplastique (TPU) est élastique à température ambiante, ce qui le rend intéressant et ouvre de nouvelles possibilités de conception. La mise en œuvre de ce matériau est relativement aisée et la plupart des prestataires de services le proposent à leurs clients. Il est toutefois possible d’améliorer la fonctionnalité des pièces en TPU en misant sur le concept de « multi-dureté ». Une seule et même pièce peut par exemple posséder des zones de dureté différente pour remplir différentes fonctions. Deux approches sont possibles : jouer sur la densité énergétique lors du frittage de la poudre ou intégrer des structures lattices au sein même des pièces.

En combinant le contrôle des paramètres machine et l’intégration de structures lattices dans les pièces, Sirris peut innover en matière de conception des pièces en profitant, notamment, de l'introduction de gradients de dureté. Parmi les pièces « multi-dureté » multifonctionnelles réalisées chez Sirris, l’on retrouve notamment une roue de trottinette fabriquée d’un seul tenant avec différentes zones : le moyeu de la roue, d’une dureté de 90 ShA et le pneu, composé d’une partie interne en structure lattice et d’une surface externe d’une dureté de 80 ShA.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet FEDER IAWATHA  .

Connaissances et expertise en matière d'impression 3D avec de l'acier mises à la disposition des entreprises

Dans le cadre du projet INSIDE Metal AM, Sirris, CRM et BIL ont étudié la faisabilité technique et économique de l’impression 3D avec de l’acier. Outre la compréhension des possibilités de reconception et de création de valeur ajoutée, se posent également des questions économiques et technologiques pouvant compliquer le passage à la fabrication additive (FA). Il ne s'agit pas seulement de sélectionner la bonne application, mais aussi, à un stade ultérieur, d’identifier et de mettre en œuvre les technologies les plus appropriées. Le projet INSIDE Metal AM, qui s’est achevé fin 2020, avait pour but d’offrir une première base aux entreprises belges qui envisagent l’impression 3D avec de l’acier. Grâce à des projets comme celui-ci, les entreprises ne doivent plus acquérir seules toutes les connaissances nécessaires. L'expérience acquise dans le cadre de ces projets subventionnés et le soutien apporté par les experts peuvent aider les entreprises à identifier avec succès les applications adaptées à la FA et, par la suite, à sélectionner et mettre en œuvre les technologies appropriées.

Le projet INSIDE Metal AM a permis de se pencher sur un certain nombre de points d’attention et d’activités importants pertinents pour les utilisateurs actuels et futurs de la FA métallique. L’ensemble du processus a été étudié, du choix des matériaux à l’impression en passant par la réalisation des traitements thermiques et des post-traitements de surface les plus adaptés. La FA implique l’utilisation de matériaux non conventionnels, de sorte que les processus de traitement conventionnels doivent, eux aussi, être adaptés pour obtenir les propriétés des matériaux et du produit les plus optimales. Dans le cadre du projet, trois cas concrets ont été élaborés : un rotor générique, des matrices d’extrusion en aluminium et un boîtier de pompe. Les principales conclusions du projet ont été synthétisées dans un livre blanc qui est disponible sur la page du projet.

Ce projet a pu être réalisé grâce au soutien de VLAIO et de Strategisch Initiatief Materialen (SIM) .

Impression 3D de moules d’extrusion et d’injection en acier

Parmi les applications spécifiques dans le cadre desquelles le recours à l'impression 3D peut offrir des avantages notables, citons la production de moules pour l'extrusion et le moulage par injection de matières plastiques. Grâce à la grande liberté de forme qu'offre l'impression 3D, il est possible de construire des canaux de refroidissement dans le moule, très près de la surface. L’efficacité du refroidissement s’en trouve nettement améliorée. Cela permet de produire plus rapidement tout en réduisant le nombre de produits défectueux.

Il reste toutefois de nombreux défis à relever, lesquels sont étudiés avec des partenaires industriels et la KU Leuven dans le cadre du projet METAMOULD , lancé fin 2020. Ces défis concernent notamment la qualité de la surface et les propriétés des matériaux. Des méthodes permettant d'améliorer la qualité de la surface sans nuire à la liberté de forme ou à la vitesse de production sont à l'étude, de même que l'utilisation de nouveaux matériaux pour l'impression 3D et leur traitement thermique. En outre, le processus de production lui-même donne lieu à d'importantes contraintes internes dans le matériau. Sirris étudie ce phénomène à l’aide d’un appareil de mesure des contraintes résiduelles unique en Belgique.

Enfin, la manière dont la production conventionnelle de moules peut être combinée à l'impression sur lit de poudre est également étudiée. Les moules sont souvent relativement massifs par rapport aux produits typiquement imprimés en 3D. Il n’est pas intéressant d’imprimer la partie massive des moules. En imprimant les pièces avec de fins canaux de refroidissement au-dessus d'une partie inférieure produite de manière conventionnelle, il est possible de réunir le meilleur des deux mondes. Le projet METAMOULD s'intéresse à la fois à la mise en œuvre technologique et aux questions de recherche connexes sur la qualité des matériaux et le post-traitement optimal.

Ce projet bénéficie du soutien de VLAIO et de Strategisch Initiatief Materialen (SIM).