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I. Introduction au BJ :

Le Binder Jetting (BJ) est probablement le moins connu des procédés de fabrication additive métallique malgré l’apparition de nouvelles startup prometteuses depuis quelques années. Probablement car c’est un des plus récents, il comporte cependant des avantages non négligeables à d’autres procédés métalliques.

Si ce procédé est assez simple de par son fonctionnement physique, il est assez complexe à mettre en œuvre. Le principe est donc de construire une pièce à l’aide d’une poudre qui est consolidée par un liant (colle). À la fin de la fabrication, la pièce agglomérée est placée dans un four de frittage. Sous l’effet de la haute température, le liant s’évapore et la pièce composée de poudre agglomérée se fusionne et se transforme en pièce dense.

II. Matière première :

D’un point de vue matériaux, le BJ offre un faible panel de matériaux du fait de son développement assez récent. Les poudres utilisées sont similaires à celles du LPBF, de même que les épaisseurs de couches utilisées (entre 0,03m et 0,09mm suivant les matériaux et les paramètres choisis).

III. Fonctionnement du BJ :

La fabrication de la pièce par BJ a lieu à l’aide d’un fonctionnement sensiblement identique au procédé LPBF. Un bac de poudre alimente la chambre de fabrication par le biais d’un racleur qui permet de créer une couche relativement plane. Ensuite un autre système vient déposer des gouttelettes de liant là ou la couche nécessite de la matière dense. Au contact de l’environnement le liant se solidifie et une nouvelle couche est réalisée. Certaines machines fonctionnent différemment. Elles déposent poudre et liant en même temps. Ensuite, une autre tête vient chauffer les zones nécessitant une matière dense agglomérant ainsi cette zone.

Ce procédé a l’avantage de n’apporter, lors de la fabrication des couches, presque aucune énergie. Il a donc l’avantage de ne créer aucunes contraintes mécaniques résiduelles lors de l’impression. Une fois la pièce imprimée il y a donc l’étape de frittage qui permet de faire évaporer le liant et de consolider la pièce pour atteindre les caractéristiques métalliques attendues (avant cette opération les pièces sont extrêmement fragiles). Durant l’opération de frittage, le liant s’évapore. Ce dernier représentant une portion non négligeable de la matière, son évaporation n’est pas sans impact sur les caractéristiques géométriques. Ainsi on observe un phénomène de retrait important qui varie suivant les matériaux et les paramètres de fabrication. Il peut tout de même atteindre jusqu’à 5% de rétractation dans toutes les directions. Ce retrait est plus ou moins complexe à gérer mais de nombreux logiciels existent permettant d’anticiper ce problème.

IV. Après la fabrication :

L’utilisation de liant sans opérations de fusion et de poudre fine permettent de créer des pièces remarquablement fines et précises. Les vitesses de fabrication sont aussi nettement supérieure à celles atteintes sur les process LPBF et EBM. Enfin, l’absence de fusion permet aux concepteurs de créer des pièces sans besoins de création de supports.

En revanche l’utilisation de liant cause plusieurs défauts. Premièrement il se peut que ce dernier ne se soit pas totalement évaporé des pièces. Cela créé quelques défauts au sein des pièces et notamment des inclusions de liants avec des compositions chimiques spéciales. Ces problèmes n’étant pas forcément acceptables pour certains milieux industriels comme le médical ou le nucléaire. Ces inclusions génèrent aussi de nombreuses porosités qui impactent fortement la résistance mécanique des pièces, même avec des traitements thermiques associés (HIP par exemple). Enfin, certains procédés BJ ne permettent pas de fabriquer des pièces de dimensions moyennes ou plus. En effet, le liant n’est pas assez solide pour permettre de maintenir géométriquement de grosses pièces.

À noter qu’il existe une variante dans lequel le liant et le métal sont apportés en fil comme pour un process FDM classique. Une fois la pièce construite, le process est le même avec un frittage du métal dans un four pour évacuer le liant.

V. Conclusion :

En résumé, le process de Binder Jetting permet de créer des pièces rapidement avec une finesse extrême et une précision intéressante. Il permet de ne pas avoir de supports de fabrication et le procédé MIM dont lequel le BJ s’inspire est largement matûre. En revanche les acteurs sont peu nombreux et le panel matériaux est encore limité. L’utilisation du liant n’est pas compatible avec certains secteurs d’activités et enfin, permet de générer des pièces avec des caractéristiques mécaniques limités à cause du fort taux de porosité inhérent au procédé.

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