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I. Introduction au LPBF :

À l’instar du process FDM pour les pièces plastiques, le procédé de fabrication LPBF est le plus connu des moyens d’obtention de pièces métalliques. Il est relativement ancien (années 1990). Le fonctionnement est assez simple, de la poudre provenant d’un réservoir est déposée sur une plateforme de fabrication. Ensuite, un laser vient fusionner cette couche de poudre d’une épaisseur variable (entre 20µm et 100µm) suivant les paramètres et matériaux utilisés aux endroits où nous avons besoin de matière suivant les géométries des pièces à imprimer. Ces opérations de fusion et de dépôts de poudre sont répétées autant de fois que nécessaires.

Fusion de la poudre lors du procédé LPBF
Fusion de la poudre lors du procédé LPBF

II. Matière première :

D’un point de vue matériaux, le process LPBF est un des plus matures. Le panel de matériaux est extrêmement vaste et en constante évolution. En effet, une dizaine de matériaux différents sont adaptés à la technologie ou développés chaque année. Le choix est vaste puisqu’une majeure partie des familles de matériaux sont couvertes. On retrouve aussi des alliages de nickel, de titane ou d’aluminium, les aciers et aciers inoxydables. Récemment, des matériaux plus exotiques comme le tantale et le molybdène on été développés.

Les poudres utilisées sont de plutôt faible granulométrie, entre 5µm et 80µm. Le bon choix de cette granulométrie dépend encore des équipements, matières et besoins de l’utilisateur. A noter tout de même qu’une poudre plus fine pourra offrir des précisions et des états de surface légèrement meilleurs. La poudre utilisée peut être recyclée à l’aide d’un système de tamisage pour être réutilisée. Le recyclage modifie quelque peu la composition chimique de certains alliages et la granulométrie, certaines industries limitent donc le nombre de recyclages.

Remplissage de poudre d'une machine LPBF
Remplissage de la chambre de fabrication avec de la poudre métallique

III. Fonctionnement du LPBF :

Concernant l’architecture de la machine, elle est relativement simple. Premièrement un réservoir de poudre (déporté ou dans la machine), un racleur vient prélever de la poudre dans et la déposer sur une plateforme de fabrication. Ce racleur peut avoir plusieurs typologies. On retrouve sur certaines machines un rouleau, sur d’autre un racleur en acier, en caoutchouc ou encore parfois en céramique. Le choix du racleur dépend de ce que propose le fabricant de machine et de l’utilisation finale des pièces.

Une fois la couche de poudre déposée sur la plateforme de fabrication (parfois chauffée à quelques centaines de degrés). Un laser (d’une puissance de 50W à plusieurs kW suivant les équipements) pilotée par des miroirs vient fusionner les zones ou il est nécessaire d’avoir de la matière. La globalité d’une fabrication se passe sous gaz inerte, argon ou azote ou même encore de l’hélium dans certains cas plus rares. Cet inertage constant permet de garantir des pièces avec la meilleure santé métallurgique possible en évitant les phénomènes d’oxydation. Il permet aussi et surtout d’éviter les départs d’incendies qui pourraient avoir lieu en cours de process. Les volumes de fabrication des machines vont de cubes de 10cm par 10cm par 10cm à des équipements avec des dimensions allant jusqu’à 1m.

L’utilisation d’un laser permet d’avoir accès à des précisions et des qualités de pièces parmi les meilleures des procédés d’impression 3D métalliques. Les vitesses de chauffe, de déplacement et de refroidissement sont en revanche faible.

IV. Après fabrication

Enfin, on obtient une plateforme de fabrication avec les pièces soudées sur cette dernière le tout enseveli sous la poudre. Lors du nettoyage de la machine, la poudre est aspirée puis tamisée pour être recyclée. Une fois la poudre retirée, la plateforme de fabrication est sortie de la machine. Et pour finir, les supports et les pièces doivent être découpées pour être utilisées.

Impression 3D de carters sur machine LPBF
Pièces métalliques imprimées avec la plateforme de fabrication et les supports

De part la fusion laser, le procédé requiert énormément de supports pour dissiper la chaleur et soutenir les géométries nécessitant ces supports. Ces derniers sont soudés à la pièce et donc complexes à retirer, c’est pour cela que de plus en plus d’industries investissent dans des solutions de simulation afin de prévoir et réduire le besoin de supports. La fusion laser génère aussi un inconvénient, les énormes contraintes résiduelles créées par les soudures successives durant le process. Ces contraintes résiduelles impliquent déformations et phénomènes de fissuration à chaud. Elles rendent donc quasiment obligatoires les étapes de traitements thermiques après la fabrication afin de pouvoir utiliser les pièces dans les meilleures conditions possibles.

Impression d'une bague et de ces supports par procédé LPBF
Supports de fabrication soutenant une pièce circulaire

V. Conclusion

Pour résumer, le procédé LPBF est un des plus matures. Il permet d’imprimer des pièces dans un nombre important de matériaux différents. Les pièces sont précises et ont un état de surface meilleur que les autres procédés de fabrication (excepté le BJ). Il requiert cependant un environnement complexe (moyen d’inertage, système de recyclage, moyen de découpe des plateaux, etc.). Et génèrent beaucoup de supports avec les étapes de finition qu’ils impliquent.

Si vous souhaitez retrouver quelques business cases concernant ce procédé en voici quelques-uns :

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