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29/12/22
En collaboration avec BASF Forward AM, l’une des plus grandes entreprises chimiques au monde, Zortrax a introduit un processus qui permet de fabriquer des pièces métalliques sur l’imprimante 3D industrielle Zortrax Endureal à partir des deux types d’acier les plus couramment utilisés : l’acier inoxydable de qualité chirurgicale 316L et l’acier PH 17-4 durci par précipitation. L’ajout de la capacité d’impression 3D métal aux imprimantes 3D basées sur l’extrusion de polymères marque l’ouverture du prochain chapitre de la coopération entre Zortrax et BASF. Tout ce qu’il y a à savoir sur son fonctionnement et sa mise en œuvre est présenté en détail ci-dessous.
L’impression 3D métal sur la Zortrax Endureal est possible grâce aux Zortrax Full Metal Package 316L et Zortrax Full Metal Package 17-4 PH qui contiennent tout ce qui est nécessaire pour fabriquer des pièces en acier.
Les packs Full Metal de Zortrax sont des kits contenant tout ce dont vous avez besoin pour commencer à imprimer des pièces métalliques en 3D sur la Zortrax Endureal.
La façon dont tout cela fonctionne est simple.
La façon de commencer à imprimer des pièces métalliques sur les imprimantes 3D Endureal est simple.
Pour que le processus se déroule de manière transparente à chaque fois, chaque paquet Zortrax Full Metal contient :
Pièce métallique imprimée en 3D après soudage à l’avant et bobine de filament métallique Ultrafuse de BASF à l’arrière-plan.
Pour sécuriser les impressions en route vers Elnik Systems GmbH, une entreprise chargée de les transformer en pièces métalliques, nous avons même ajouté du papier bulle. Juste pour vous mettre à l’abri.
Chacun des deux packs Full Metal présentés est livré avec un filament de poudre métallique BASF qui permet de fabriquer des pièces à partir de deux types d’acier différents. Le premier type est un acier inoxydable, de qualité chirurgicale 316L, particulièrement résistant à la corrosion en raison du pourcentage relativement élevé de chrome présent dans l’alliage. Le chrome, lorsqu’il entre en contact avec l’oxygène, forme une très fine couche protectrice à la surface de vos pièces qui les empêche de se corroder.
L’acier 316L fonctionne bien dans l’impression de petites pièces précises et non magnétiques pour les mécanismes de précision.
Il est donc performant dans les environnements difficiles où les pièces sont constamment exposées à des liquides, des produits chimiques ou du sel. L’acier 316L est également très esthétique, surtout après polissage, ce qui en fait un choix populaire pour les applications décoratives. Cet acier est toutefois relativement mou et présente un allongement à la rupture assez élevé, atteignant 53 %. Il se pliera plutôt que de se briser sous une charge critique.
L’acier 17-4 PH, quant à lui, est un alliage qui présente une dureté très élevée en raison de l’ajout accru de carbone et du fait qu’il subit un processus appelé durcissement par précipitation. Il est donc beaucoup plus dur que le type 316L et présente un allongement à la rupture beaucoup plus faible, mesuré à seulement 4 %. Cela signifie que le matériau peut supporter des charges beaucoup plus élevées, avec une résistance à la traction de 1004 MPa, soit près de deux fois celle du 316L, qui est de 561 MPa.
L’acier PH 17-4 est idéal pour les pièces structurelles rigides comme les supports.
Son faible allongement signifie toutefois qu’il se briserait plutôt que de se plier sous une charge critique. Le 17-4 PH, bien qu’il entre toujours dans la catégorie des aciers inoxydables, est également beaucoup plus sujet à la corrosion que le type 316L et nécessite donc plus d’entretien. Enfin, sa surface mate n’a jamais été considérée comme particulièrement jolie, c’est donc un meilleur choix pour les scénarios où la forme est secondaire par rapport à la fonction.
Les principales différences entre BASF Ultrafuse 316L et BASF Ultrafuse 17-4 PH sont résumées dans le tableau suivant.
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Type d’acier
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Résistance à la corrosion
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Structure
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Performance mécanique
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|---|---|---|---|
| 316L | Inox | Non-magnétique | Dureté moyenne / allongement élevé |
| 17-4 PH | Corrosif | Magnétique | Dureté élevée / faible allongement |
L’imprimante 3D Zortrax Endureal est la première machine de notre gamme à prendre en charge l’impression avec des filaments métalliques et il y a de bonnes raisons à cela.
Elle est dotée d’un système de double extrusion bien conçu qui a fait ses preuves à maintes reprises dans l’impression de composants haute performance pour des applications extrêmement exigeantes, y compris les vols spatiaux. La précision dimensionnelle des pièces imprimées est assurée par la chambre d’impression chauffée dont la température est entièrement contrôlable. Les buses standard utilisées dans l’Endureal sont faites d’un type spécial de bronze industriel qui est extrêmement résistant à l’abrasion. Étant donné que la couche de support Ultrafuse de BASF est un matériau très abrasif, l’utilisation de buses de ce type prolonge considérablement la durée de vie du système et lui permet de fonctionner plus longtemps sans maintenance.
Lorsqu’il s’agit d’imprimer en 3D avec des filaments métalliques, Zortrax Endureal est l’une des meilleures imprimantes 3D du marché.
Enfin, comme nous fabriquons à la fois l’imprimante 3D et le logiciel de découpage, nous avons pu inclure de nombreuses fonctions utiles, telles que la mise à l’échelle automatique et le type de remplissage spécifique au métal, pour n’en citer que quelques-unes, dans notre logiciel Z-SUITE qui est fourni gratuitement avec chaque imprimante 3D Zortrax.
Tout cela aboutit à une chose : les pièces imprimées en 3D sur l’Endureal avec des filaments métalliques ont une structure interne solide que l’on retrouve dans les alliages métalliques traditionnels, ce qui est le but ultime de tout processus d’impression 3D métallique.
Une fois imprimées en 3D, les pièces fabriquées avec les packs tout métal Zortrax doivent subir une étape de post-traitement mise au point par BASF Forward AM et réalisée par Elnik Systems GmbH, une société fabriquant les fours les plus avancés au monde. Sans entrer dans les détails du processus lui-même, il comprend deux étapes clés.
Les modèles imprimés en 3D sur l’imprimante 3D Endureal avec les boîtiers Full Metal Zortrax conservent une excellente précision dimensionnelle et une excellente qualité de surface, même après le post-traitement élaboré nécessaire pour les transformer en pièces en acier.
La première étape s’appelle l’ébarbage. Vos pièces sont placées dans le four et la bonne température est appliquée pour éliminer le polymère de remplissage des modèles. Une fois cette première étape terminée, le four passe à la deuxième étape, appelée frittage, qui transforme les pièces en alliages métalliques. En appliquant une température très élevée, la poudre métallique qui reste après l’élimination de la charge polymère est fondue en une structure solide d’alliage métallique. Enfin, les pièces sont refroidies et sorties du four pour être emballées et vous être renvoyées.
La plupart des directives et des limites de conception expliquées dans notre manuel d’impression 3D métal sont dictées par les aspects techniques de ce post-traitement élaboré. Par exemple, les charges polymères présentes dans les filaments métalliques BASF Ultrafuse représentent environ 20 % de leur volume. C’est pourquoi les pièces rétrécissent de 20 % après l’étape de déliantage. La limite de taille des pièces métalliques imprimées en 3D est simplement là pour les faire entrer dans les fours d’Elnik.
Après le post-traitement, les pièces fabriquées avec les packs métal intégral Zortrax peuvent subir toutes sortes de post-traitements généralement employés pour donner une touche finale aux métaux.
L’acier imprimé en 3D peut être poncé tout comme l’acier standard.
Les trous inclus dans les conceptions peuvent être filetés pour faire place à des vis ou des boulons. Les pièces peuvent être soudées ensemble sans problème ou stérilisées si nécessaire. L’acier imprimé en 3D peut également être poli pour obtenir des surfaces réfléchissantes si nécessaire ou poncé pour obtenir des dimensions exactes à une fraction de millimètre près. En fait, l’acier imprimé en 3D se comporte comme n’importe quel autre acier.
Grâce à leur structure interne qui ne se distingue pas de l’acier traditionnel, les pièces métalliques imprimées en 3D peuvent être facilement soudées.
Article de notre partenaire Zortrax
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