Bibliographie & annexes
Présentation
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1706 (A57-220) du 22/04/2020 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1706+A1 d'août 2021 : Aluminium et alliages d'aluminium - Pièces moulées - Composition chimique et propriétés mécaniques
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).
La norme NF EN 1706 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1706 (A57-220) : Aluminium et alliages d'aluminium - Pièces moulées - Composition
chimique et propriétés mécaniques (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2004 (Mai 2020).
RÉSUMÉ
La fusion laser sélective de lit de poudres métalliques est une technique de fabrication additive qui permet la réalisation de pièces complexes jusqu'à de moyennes séries pour des secteurs industriels variés comme l’industrie médicale ou l’aérospatiale. Afin de tirer le meilleur parti de cette technologie, il est nécessaire de l’intégrer dans une chaîne de valeur complète allant de la conception aux post-traitements. Cet article traite de cette chaine de valeur. Après une décennie d’existence commerciale, cette technologie évolue vers un cadre normatif en cours de construction au niveau mondial.
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Selective laser melting of a metal powder bed is an additive manufacturing technique that allows the production of complex parts up to medium runs for various industries such as medical or aerospace. To make the most of this technology, it has to be integrated into a complete value chain from upstream design conception to downstream post- treatment. This article deals with this complete value chain. After nearly a decade of commercial life, this technology is evolving toward a standard framework that is under construction worldwide.
Auteur(s)
-
Sébastien PILLOT : Ingénieur R&D - CETIM-CERTEC, Bourges, France
INTRODUCTION
Apparue vers la fin des années 1990, la fusion laser sélective sur lit de poudres métalliques (Selective Laser Melting – SLM) est une technique de fabrication par ajout de matière couche par couche, dite itérative, de la famille des procédés de fabrication additive. Elle apporte des solutions innovantes pour la fabrication directe avec la matière adéquate de pièces mécaniques. C'est un procédé destiné à fabriquer des pièces complexes à forte valeur ajoutée à partir d'un fichier CAO (Conception Assistée par Ordinateur) dans de courts délais et sans outillage.
Les domaines d'applications de cette technologie concernent plusieurs secteurs industriels, principalement les industries dentaire, médicale, du moule d'injection de polymères, aéronautique, spatiale, de l'armement, mais aussi le luxe. Elle peut être utilisée comme moyen de prototypage rapide mais surtout comme moyen de production de pièces en petites ou moyennes séries. Dans ce cas, nous parlerons alors de fabrication directe.
Les principaux avantages de cette technologie sont la réduction des délais et des outillages, l'allégement, la personnalisation, la réalisation de canaux de régulation thermique internes dits conformes et la diminution du nombre d'éléments d'un assemblage par la réalisation de pièces de géométries irréalisables avec des procédés conventionnels.
Cet article sur la fusion laser traite de la chaîne de valeur, depuis la conception jusqu'aux post-traitements, nécessaires pour assurer un bon niveau de qualité pour ces différents secteurs industriels.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
fusion laser sélective dentaire médical aéronautique aérospatial outillage d'injection matériaux et conception adaptée
KEYWORDS
selective laser melting | dentistry | medicine | aeronautics | aerospace | injection tooling | material and adapted design
DOI (Digital Object Identifier)
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Temps de fabrication5. Paramètres influents du procédé
Les objectifs majeurs de la fusion laser sont la fabrication de pièces denses (typiquement avec des taux de porosité inférieurs à 1 %), présentant de bonnes caractéristiques mécaniques, au plus près des cotes avec un bon état de surface. Pour ce faire, de nombreux paramètres influent sur l'obtention de ces objectifs. Nous détaillons ci-dessous une liste non exhaustive de ces différents paramètres.
5.1 Poudre
Les épaisseurs de couches déposées vont typiquement de 20 μm pour les plus fines à moins de 100 μm pour les plus épaisses. Les grains des poudres utilisées doivent présenter des granulométries fines en rapport. De plus, afin d'assurer une bonne densité du lit de poudre avant le passage du laser, les poudres utilisées présentent une répartition granulométrique de type Gaussienne et une morphologie des grains la plus sphérique possible (figure 12 et ). De ce fait, les poudres actuellement mises en œuvre pour le procédé de fusion laser sont généralement élaborées par atomisation sous gaz neutre (Argon).
L'atomisation (figure 13) consiste à morceler en gouttelettes un filet de matière obtenu à partir d'un bain de matière métallique en fusion dans un autoclave. Les gouttelettes de matière se solidifient dans la chambre d'atomisation grâce à un échange convectif avec le gaz ambiant (Ar) et donnent de la poudre. Celle-ci est collectée dans des pots réceptacles en partie basse de la tour et à la sortie des gaz d'atomisation. Le procédé permet d'obtenir des poudres de granulométrie resserrée, comprise généralement entre 1 et 100 μm, et de morphologie sphérique.
La composition chimique de la poudre avant et après fusion laser a également une influence....
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Paramètres influents du procédé
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AYRE (M.) - DMLS design guide V4. - http://prezi.com/qgiujvngqxj0/ copy-of-dmls-design-guide-v4/
-
(2) - MANFREDI (D.), CALIGNANO (F.), KRISHNAN (M.), CANALI (R.), AMBROSIO (E.P.), ATZENI (E.) - From powders to dense metal parts : characterization of a commercial AlSiMg alloy processed through direct metal laser sintering. - Material 2013, 6, p. 856-869 (2013).
-
(3) - BUCHBINDER (D.), SCHLEIFENBAUM (H.), HEIDRICH (S.), MEINERS (W.), BÜLTMANN (J.) - High Power Selective Laser Melting (HP SLM) of Aluminum Parts - (2011).
-
(4) - KEMPEN (K.), THIJS (L.), YASA (E.), BADROSSAMAY (M.), VERHEECKE (W.), KRUTH (J.-P.) - Microstructural analysis and process optimization for selective laser melting of AlSi10Mg. - International Solid Freeform Fabrication Symposium (2011).
-
(5) - BRANDL (E.), HECKENBERGER (U.), HOLZINGER (V.), BUCHBINDER (D.) - Additive manufactured AlSi10Mg samples using selective laser melting (SLM) : microstructure, high cycle fatigue, and fracture behavior - (2011).
-
...
NORMES
-
Standard specification for additive manufacturing Titanium-6 Aluminium-4 Vanadium with powder bed fusion - ASTM F2924-12 - 2012
-
Implants chirurgicaux – Produits à base de métaux. Partie 3 : Alliage à forger à base de titane, d'aluminium 6 et de vanadium 4 - ISO 5832-3 - 1996
-
Aluminium et alliages d'aluminium. Pièces moulées. Composition chimique et caractéristiques mécaniques - NF EN 1706 - 05-10
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Constructeurs de machines de fusion laser
3D SYSTEMS (ex PHENIX SYSTEMS) http://www.phenix-systems.com/
CONCEPT LASER http://www.concept-laser.de/
REALIZER http://www.realizer.com/
RENISHAW http://www.renishaw.fr/
SLM SOLUTIONS http://www.stage.slm-solutions.com/
Fournisseur de logiciels
MATERIALISE http://www.materialise.com
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