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La matérialisation des objets Digitales?
La fabrication additive (3D Printing) est la matérialisation d'un objet physique à partir d'un fichier digital sans intervention humaine était un sujet de fiction, devenu réalité à la fin du 20-ème siècle.
La fabrication additive (3D Printing) est devenue un pilier de l'industrie 4.0, selon les études cette technologies révolutionna sera le monde de la fabrication avec son intégration dans la production en masse.
Les technologies de la fabrication additive
Le jet de liant (BINDER JETTING)
Est un processus de fabrication additive dans lequel une tête d'impression industrielle dépose sélectivement un liant liquide sur une fine couche de particules de poudre (sable de fonderie, céramique, métal ou composites) pour fabriquer des pièces .
Initialement développée au Massachusetts Institute of Technology au début des années 1990, ExOne a obtenu la licence exclusive pour cette méthode d'impression 3D à jet d'encre sur lit de poudre en 1996. En 2002, ExOne a lancé sa première imprimante 3D sur sable, la S15, pour imprimer des moules et des noyaux en sable pour les pièces industrielles de fonderie de métaux. Acquis par Desktop Metal en 2021, les systèmes ExOne se concentrent aujourd'hui sur le soutien aux fonderies avec des machines de production de moules et de noyaux en sable, ainsi que sur l'avancement d'objets imprimés en 3D infiltrés dans des matériaux allant du sable et de la céramique au béton récupéré et à la sciure de bois recyclée.
Le processus de fusion sur lit de poudre (PBF)
Le processus de fusion sur lit de poudre comprend les techniques d'impression suivantes couramment utilisées : frittage laser direct des métaux (DMLS), fusion par faisceau d'électrons (EBM), frittage thermique sélectif (SHS), fusion laser sélective (SLM) et frittage laser sélectif (SLS).
Les méthodes de fusion sur lit de poudre (PBF) utilisent un laser ou un faisceau d'électrons pour faire fondre et fusionner la poudre de matériau. Les méthodes de fusion par faisceau d'électrons (EBM) nécessitent un vide mais peuvent être utilisées avec des métaux et des alliages dans la création de pièces fonctionnelles. Tous les processus PBF impliquent l’étalement du matériau en poudre sur les couches précédentes. Il existe différents mécanismes pour permettre cela, notamment un rouleau ou une lame. Une trémie ou un réservoir situé en dessous du lit assure l'approvisionnement en matière fraîche. Le frittage laser direct des métaux (DMLS) est le même que le SLS, mais avec l'utilisation de métaux et non de plastiques. Le processus fritte la poudre, couche par couche. Le frittage thermique sélectif diffère des autres processus par l’utilisation d’une tête d’impression thermique chauffée pour fusionner le matériau en poudre. Comme auparavant, les couches sont ajoutées avec un rouleau entre la fusion des couches. Une plateforme abaisse le modèle en conséquence.
VAT Photopolymérisation (SLA, DLP...)
La polymérisation en cuve utilise une cuve de résine photopolymère liquide, à partir de laquelle le modèle est construit couche par couche. Une lumière ultraviolette (UV) est utilisée pour durcir ou durcir la résine si nécessaire, tandis qu'une plate-forme déplace l'objet en cours de fabrication vers le bas après le durcissement de chaque nouvelle couche.
Comme le processus utilise un liquide pour former des objets, il n'y a aucun support structurel du matériau pendant la phase de construction, contrairement aux méthodes à base de poudre, où le support est fourni par le matériau non lié. Dans ce cas, il faudra souvent ajouter des structures de support. Les résines sont durcies à l'aide d'un processus de photopolymérisation ou de lumière UV, où la lumière est dirigée sur la surface de la résine à l'aide de miroirs commandés par moteur. Lorsque la résine entre en contact avec la lumière, elle durcit ou durcit. La première technologie d'impression 3D commercialisée, inventée par Chuck Hull, cofondateur et directeur de la technologie de 3D Systems, dans les années 1980.
La modélisation par dépôt de fusion (FDM)
La modélisation par dépôt de fusion (FDM) est un processus d'extrusion de matériaux courant et est une marque déposée de la société Stratasys. Le matériau est aspiré à travers une buse, où il est chauffé puis déposé couche par couche. La buse peut se déplacer horizontalement et une plate-forme monte et descend verticalement après le dépôt de chaque nouvelle couche. Il s’agit d’une technique couramment utilisée sur de nombreuses imprimantes 3D bon marché, domestiques et amateurs.
Le processus comporte de nombreux facteurs qui influencent la qualité finale du modèle, mais il présente un grand potentiel et une grande viabilité lorsque ces facteurs sont contrôlés avec succès. Bien que le FDM soit similaire à tous les autres processus d'impression 3D, dans la mesure où il se construit couche par couche, il diffère dans le fait que le matériau est ajouté via une buse sous pression constante et dans un flux continu. Cette pression doit être maintenue constante et à une vitesse constante pour permettre des résultats précis (Gibson et al., 2010). Les couches de matériaux peuvent être liées par contrôle de la température ou par l'utilisation d'agents chimiques. Le matériau est souvent ajouté à la machine sous forme de bobine, comme indiqué sur le schéma.
Flux d'énergie dirigé (DED)
Le dépôt d'énergie dirigé (DED) couvre une gamme de terminologie : « mise en forme de filets par ingénierie laser, fabrication à lumière dirigée, dépôt direct de métal, revêtement laser 3D ». Il s'agit d'un processus d'impression plus complexe, couramment utilisé pour réparer ou ajouter du matériau supplémentaire aux composants existants .
Une machine DED typique se compose d'une buse montée sur un bras multi-axes, qui dépose le matériau fondu sur la surface spécifiée, où il se solidifie. Le processus est similaire en principe à l’extrusion de matériau, mais la buse peut se déplacer dans plusieurs directions et n’est pas fixée sur un axe spécifique. Le matériau, qui peut être déposé sous n'importe quel angle grâce à des machines à 4 et 5 axes, est fondu lors du dépôt avec un laser ou un faisceau d'électrons. Le procédé peut être utilisé avec des polymères et des céramiques, mais il est généralement utilisé avec des métaux, sous forme de poudre ou de fil.
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