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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Supports de fabrication3. Exemples de réalisation
Dans le cas de la fabrication directe (fabrication de pièces finales et non de prototypes), les principaux secteurs utilisateurs sont la plasturgie, le dentaire, le médical, l'aérospatial, l'aéronautique, le sport mécanique de compétition et la bijouterie. Dans le cas de la fabrication de prototypes, tous les secteurs industriels peuvent être potentiellement représentés.
Dans la plasturgie, cette technologie est utilisée pour la réalisation d'empreintes ou de parties d'empreintes de moules d'injection de polymères avec de nouvelles fonctionnalités internes (canaux de régulation thermique passant au plus près des surfaces moulantes). Cela permet d'obtenir des pièces série « bonne matière et bon procédé » avec des gains de productivité de l'ordre de 20 à 40 % sur les temps de cycle par rapport aux outillages conventionnels (figure 4). Le matériau généralement employé pour cette application est l'acier maraging X3NiCoMoTi 18 9 5 traité thermiquement.
Pour le secteur dentaire, plusieurs fabricants d'équipement de fusion laser sélective ont qualifié leurs machines pour la fabrication directe de couronnes, de chapes et de bridges, exclusivement en alliages cobalt-chrome (figure 5).
Dans le domaine médical, cette technologie est utilisée pour la réalisation de prothèses, telles que des implants de genoux ou des jointures de hanches. Ces prothèses sont fabriquées en alliage de titane TiAl6V ou en alliage de chrome-cobalt CoCrMo. Avec cette technologie, il est possible de façonner des prothèses personnalisées et/ou ayant des états de surface particuliers, généralement à base de structures en lattices, ce type de construction favorisant l'ostéo-intégration (figure 6).
Dans les secteurs de l'aérospatial, de l'aéronautique et du sport mécanique de compétition, elle est utilisée pour la réalisation de pièces complexes en petite série. Pour obtenir une réduction de masse, cette technologie est souvent associée à l'optimisation topologique (ne mettre de la matière que là où c'est nécessaire) (figure 7). Les matériaux utilisés sont des alliages de titane et d'aluminium, ainsi que des aciers inoxydables et des superalliages.
Du fait de la possibilité de mise en œuvre de matériaux précieux...
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Exemples de réalisation
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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