L’impression 3D métal, aussi appelée fabrication additive métallique, permet aujourd’hui de fabriquer des pièces mécaniques complexes directement à partir d’un modèle numérique. Contrairement aux procédés traditionnels qui consistent souvent à retirer de la matière par usinage ou à utiliser des moules pour obtenir une pièce, l’impression 3D métallique construit la pièce progressivement, couche après couche, et sans aucun outillage.
Cette technologie offre également une grande liberté de conception, la possibilité de fabriquer des pièces uniques ou en petites séries, et constitue ainsi une solution particulièrement intéressante pour les pièces mécaniques à forte valeur ajoutée.
Chez FRED SAS, l’impression 3D métal est donc utilisée pour concevoir et produire des pièces techniques sur mesure. Mais comment fonctionne concrètement ce procédé ?
Qu’est-ce que l’impression 3D métal ?
L’impression 3D métal est un procédé de fabrication additif : au lieu de partir d’un bloc de métal et d’en retirer progressivement de la matière, la pièce est construite à partir de poudre métallique.
Le principe utilisé pour la production chez FRED SAS repose sur la fusion laser sur lit de poudre, également appelée L-PBF (Laser Powder Bed Fusion). Un laser vient fusionner sélectivement la poudre métallique selon les informations contenues dans le fichier 3D de la pièce qui aura été préalablement et numériquement tranché en fines couches de quelques dizaines de microns d’épaisseur.
Le processus alors se répète couche après couche jusqu’à obtenir la géométrie complète de la pièce.
Cette méthode permet notamment de réaliser des formes complexes qui seraient difficiles et très coûteuses à fabriquer avec des procédés conventionnels.
De l’idée au fichier 3D : la première étape de fabrication
Avant même de lancer une impression 3D métal, il faut disposer d’une géométrie numérique de la pièce.
Chez FRED SAS, cette phase est réalisée au sein du bureau d’études à Salon-de-Provence. L’équipe peut intervenir aussi bien sur la conception d’une nouvelle pièce que sur la rétroconception d’une pièce existante.
Plusieurs scénarios sont possibles :
- le client dispose déjà d’un fichier CAO ;
- la pièce doit être conçue entièrement ;
- un plan ou des documents techniques servent de base ;
- une pièce existante doit être reproduite ;
- une pièce endommagée doit être reconstruite ou améliorée.
La rétroconception est particulièrement intéressante lorsqu’une pièce mécanique n’est plus disponible sur le marché. Une pièce ancienne ou endommagée peut ainsi servir de référence pour recréer une version numérique avant sa refabrication.
Concevoir une pièce pour l’impression 3D métal
Avoir un modèle 3D ne signifie pas nécessairement que la pièce est immédiatement prête à être imprimée.
La conception doit tenir compte des spécificités de la fabrication additive métallique. Le choix de l’orientation de production de la pièce, la nécessité d’ajouter des supports de fabrication, les épaisseurs de paroi ou encore certaines géométries peuvent avoir une influence sur la stratégie de production.
Cette analyse, appelée DfAM (Design for Additive Manufacturing), permet d’adapter la conception aux contraintes du procédé tout en exploitant les grandes possibilités offertes par l’impression 3D.
L’objectif est notamment de trouver le meilleur compromis entre :
- les performances mécaniques recherchées ;
- la précision géométrique attendue ;
- la quantité de matière utilisée ;
- la faisabilité de l’impression ;
- les opérations de finition ;
- et le coût global de fabrication.
Quelle machine utilise FRED SAS pour l’impression 3D métal ?
Pour la production, FRED SAS s’appuie sur les moyens de fabrication additive de son partenaire historique 3D NewShape.
Le parc machines comprend trois EOS M270, trois EOS M280 et une Concept Laser M2. Ces équipements permettent de produire des pièces métalliques avec différents types de matériaux, notamment des alliages de Titane, d’Aluminium, de Cuivre, des Aciers inoxydables et des super-alliages base Nickel.
Ces plateformes sont particulièrement adaptées à la fabrication de pièces mécaniques techniques nécessitant précision et performances.
Quels métaux peut-on utiliser en impression 3D ?
Le choix du matériau est une étape essentielle d’un projet d’impression 3D métal. Il dépend directement de l’utilisation prévue pour la pièce et des contraintes auxquelles elle sera soumise.
Les alliages d’Aluminium
Les alliages d’Aluminium sont notamment intéressants lorsqu’on recherche un bon rapport entre légèreté et performances.
FRED SAS les utilise par exemple pour certaines pièces automobiles. Le corps de pompe à eau pour véhicule Ballot a ainsi été refabriqué en alliage d’Aluminium à partir de la rétroconception de la pièce d’origine, avant de recevoir les reprises d’usinage nécessaires pour obtenir une pièce fonctionnelle.
Ce matériau peut également être pertinent pour des composants nécessitant une bonne conductivité thermique ou une réduction de masse.
Les alliages de Titane
Les alliages de Titane font également partie des matériaux disponibles avec le parc de fabrication additive utilisé par FRED SAS. Leur intérêt dépend des contraintes spécifiques de chaque projet, notamment lorsque le meiller compromis entre résistance mécanique et légèreté est recherché.
Les super-alliages base Nickel
Les super-alliages à base de Nickel sont particulièrement adaptés aux applications soumises à des températures élevées ou à des environnements corrosifs.
Une réalisation de FRED SAS permet d’en illustrer concrètement l’intérêt : le collecteur 5 cylindres Audi 20V a été fabriqué à partir de bruts imprimés en Inconel 718, avant assemblage par soudage et reprises d’usinage.
Le choix du matériau doit donc surtout répondre aux exigences de la pièce et de son environnement d’utilisation.
Comment se déroule l’impression 3D d’une pièce métallique ?
Une fois la conception validée, la fabrication peut commencer.
Le principe de la fusion laser sur lit de poudre repose sur plusieurs étapes répétées :
- Une fine couche de poudre métallique est déposée sur le plateau.
- Le laser vient fusionner la poudre aux endroits définis par le modèle numérique.
- Le plateau se déplace pour permettre l’ajout d’une nouvelle couche de poudre.
- Une nouvelle couche est déposée.
- Le laser fusionne à nouveau la matière selon la géométrie de la pièce, tout en la fusionnant avec la couche précédente.
- Le processus se répète alors de façon itérative jusqu’à obtenir la pièce complète.
La pièce est donc progressivement construite couche après couche.
Que se passe-t-il après l’impression 3D métal ?
Une pièce métallique n’est pas forcément prête à être utilisée dès la fin du cycle d’impression.
Chez FRED SAS, plusieurs opérations de parachèvement et de finition peuvent être réalisées après la fabrication. Elles comprennent notamment le retrait des supports, l’ébavurage et la finition de surface (sablage et microbillage), ainsi que des reprises d’usinage lorsque cela est nécessaire.
Selon le projet, les pièces peuvent également faire l’objet d’opérations complémentaires comme :
- un traitement thermique pour adapter les propriétés mécaniques à l’application ;
- un coating (revêtement de fonctionnalisation) ;
- un assemblage par soudage ;
- des contrôles non destructifs.
L’objectif est d’obtenir une pièce finie et fonctionnelle, en conformité totale avec le cahier des charges du client.
Vous avez une pièce mécanique à concevoir ou à refabriquer ?
Contactez FRED SAS pour discuter de votre besoin.
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FAQ – Impression 3D métal
Comment fonctionne l’impression 3D métal ?
L’impression 3D métal consiste à fusionner de fines couches de poudre métallique à l’aide d’un laser, couche après couche, jusqu’à obtenir la pièce complète à partir d’un modèle 3D numérique.
Quels métaux peuvent être utilisés en impression 3D ?
Selon les besoins du projet, FRED SAS travaille notamment avec des alliages d’aluminium, de titane et à base de nickel, comme l’Inconel 718.
Peut-on fabriquer une pièce mécanique complexe en impression 3D métal ?
Oui. La fabrication additive permet de produire des géométries complexes, des formes personnalisées et des pièces difficiles à réaliser avec des procédés de fabrication traditionnels.
Que se passe-t-il après l’impression d’une pièce métallique ?
La pièce peut nécessiter différentes opérations de finition : retrait des supports, ébavurage, traitement thermique, finition de surface ou encore reprises d’usinage pour obtenir les dimensions et tolérances souhaitées.
Peut-on reproduire une pièce métallique qui n’existe plus ?
Oui. Grâce à la rétroconception, une pièce existante, même ancienne ou endommagée, peut servir de base pour recréer son modèle numérique puis fabriquer une nouvelle pièce par impression 3D métal.
