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I. Introduction à l’EBM

L’EBM a été développé dans les années 90 en Suède, c’est un procédé de fabrication additive sur lit de poudre. À la différence du procédé LPBF, la source de chaleur qui permet de réaliser le processus de fusion n’est pas un laser mais un faisceau d’électron. Le faisceau d’électron projette des électrons à très haute vitesse. Lorsque les électrons arrivent sur la zone ciblée, une chaleur intense est générée provoquant la fusion locale du matériau.

Fonctionnement général du process EBM
Fonctionnement général du process EBM par GE ARCAM

II. Matière première :

Concernant la matière première, c’est donc bien de la poudre métallique qui est utilisée. Celle-ci est un peu plus grossière que le procédé LPBF mais un peu plus fine que pour le procédé CLAD. Cependant contrairement à ces processus de fabrication, le choix possible en matériaux des équipements EBM est extrêmement restreint et c’est ce qui en fait le principal inconvénient !

III. Fonctionnement de l’EBM :

Pour les besoins du fonctionnement du procédé, la fabrication se déroule sous vide. Même si le vide est complexe à gérer, il permet de garantir une pièce finie de la même composition chimique que la poudre utilisée. Le vide est nécessaire puisque c’est le principe même du canon à électron. Ce dernier projette les électrons émis par un matériau conducteur à l’aide d’un champ magnétique. Pour améliorer la capacité des électrons à accélérer, il est nécessaire de créer un vide. Un gaz quelconque ralentirait les électrons ou les disperseraient, réduisant ainsi la puissance ou augmentant le diamètre du faisceau.

Le champ magnétique a plusieurs fonctions importantes. Comme expliqué plus haut, il est principalement présent pour accélérer les électrons. Mais il est aussi utilisé dans le procédé EBM pour guider le faisceau. C’est donc un moyen de diriger le point focal sans système mécanique comme il est présent par exemple dans les têtes laser des machines utilisant le procédé LPBF. Et bien évidemment sans système mécanique, moins de risques de défaillance et d’usure. Mais l’énorme avantage réside surtout dans les possibilités de vitesse et d’accélération des mouvements que crée ce moyen de direction. Contrairement aux procédés utilisant des miroirs, le champ magnétique permet de déplacer le point focal de manière extrêmement rapide.

Représentation du faisceau d'électron
Représentation du faisceau en sortie de lentille par GE

Comme pour les process à lit de poudre (LPBF, SLS ou BJ), la poudre est stockée en amont de la chambre de fabrication. Un racleur qui vient récupérer le volume de poudre nécessaire pour la déposer dans la chambre de fabrication. L’EBM utilise l’extrême rapidité possible du faisceau d’électrons pour réaliser une opération de balayage sur chacune des couches. Cette opération permet de préchauffer (comme pour le process SLS) la poudre contenue dans la chambre de fabrication. Opération impensable en LPBF puisque la faible vitesse des têtes lasers feraient perdre en temps de cycle et en productivité.

IV. Après la fabrication :

Cette opération de préchauffage à plusieurs avantages. Tout d’abord elle permet de pré-fusionner (ou fritter) la poudre. Ceci permet à cette dernière de supporter le poids des couches supérieures même si ces dernières sont fusionnées. Ainsi, les impressions EBM ne requièrent donc pas de support non plus. Un autre avantage est que le faisceau d’électrons n’a besoin d’amener que peu d’énergie lors de la fusion et peut donc fonctionner très rapidement. Enfin, l’opération de préchauffage permet d’annihiler pratiquement toutes les contraintes résiduelles qui sont causées par les processus de fusion. Et donc de réduire les besoins en traitement thermique et les déformations une fois la pièce terminée.

Réprésentation de la fusion par EBM
Représentation du préchauffage et de la fusion pendant le process EBM par FIT Additive Manufacturing

En revanche, comme pour le procédé SLS, ce léger frittage de la poudre entraîne une augmentation drastique du temps de post impression. De la même façon, les opérateurs doivent extraire les pièces du bloc de poudre fritté.

Côté pièces fabriquées, nous l’abordions plus haut, les pièces n’ont que très peu de supports (seuls quelques-uns sont parfois nécessaires pour les besoins d’évacuation de la chaleur). Elles ont aussi peu de défauts métallurgiques et des contraintes résiduelles très faibles. Cependant l’utilisation de poudre grossière ainsi que le fonctionnement du processus de fabrication impliquent un état de surface moyen et une précision limitée. L’EBM est un bon compromis entre la finesse du LPBF et la rapidité du CLAD.

Prothèse de hanche réalisée en EBM
Prothèse de hanche réalisée par EBM par LIMA et GE

V. Conclusion :

Pour résumer, si vous souhaitez vous lancer dans L’EBM, vérifiez avant toute chose que votre matière est conductrice et compatible avec ce procédé de fabrication. En effet, on trouve très peu de matériaux imprimables par le biais de ce process. Le faible nombre d’acteurs, limitant la concurrence et donc les développements, y est sûrement pour quelque chose. En dehors de ce défaut majeur, c’est un procédé extrêmement rapide qui permet l’impression de pièces avec des finesses et précisions moyennes mais avec des caractéristiques mécaniques très proches de ce que nous pouvons obtenir avec des procédés conventionnels. La vitesse d’impression et l’absence de supports permettent au processus d’être très compétitif à condition que cet avantage ne soit pas compensé par les opérations de post-impressions assez fastidieuses.

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