Services d'impression 3D en titane - EBM

La fusion par faisceau d'électrons (EBM) stimule la croissance de la fabrication additive grâce à sa capacité à fabriquer efficacement des pièces en titane de précision et à haute résistance.

Fusion par faisceau d'électrons pour pièces en titane personnalisées

La fusion par faisceau d'électrons (EBM) fait partie de la famille des procédés de fusion sur lit de poudre. Contrairement au frittage laser direct de métal (DMLS), elle utilise un faisceau d'électrons pour faire fondre la poudre de titane et créer la pièce souhaitée couche par couche. Wstitanium a investi dans une machine d'impression 3D par fusion par faisceau d'électrons en 2018 et a commencé à proposer ce service. La technologie EBM permet de créer des pièces en titane aux structures complexes et à haute résistance. Comme son nom l'indique, la principale différence entre la fusion par faisceau d'électrons et le frittage laser direct de métal réside dans la source de chaleur utilisée. La technologie EBM utilise un faisceau d'électrons généré par un canon à électrons. Ce dernier extrait les électrons d'un filament de tungstène sous vide et les projette de manière accélérée sur la couche de poudre métallique déposée sur le plateau de l'imprimante 3D. Ces électrons peuvent ensuite fondre sélectivement la poudre, produisant ainsi la pièce. Comparée à la fusion laser sur lit de poudre, l'EBM est une méthode de fabrication additive plus énergivore qui permet d'augmenter la productivité et de mieux contrôler les effets des contraintes thermiques lors de l'impression 3D métal.

Comment fonctionne la fusion par faisceau d'électrons ?

Tout commence par la modélisation 3D de la pièce en titane à créer. Vous pouvez la modéliser manuellement à l'aide d'un logiciel de CAO, la numériser en 3D ou télécharger le modèle de votre choix. Le modèle 3D est ensuite envoyé au logiciel de découpe, qui le découpe selon les couches successives de matériau déposées. Le découpeur transmet ensuite toutes ces informations directement à l'imprimante 3D, qui peut alors lancer son processus de fabrication. La poudre de titane peut être chargée dans un réservoir à l'intérieur de la machine. Elle sera déposée en fines couches, préchauffée avant d'être fondue par le faisceau d'électrons. Cette étape permet notamment de mieux soutenir les zones en surplomb de la pièce imprimée en 3D.

Étape 1La plateforme de fabrication est propre et exempte de contaminants, puis une fine couche de poudre de titane est uniformément répartie sur sa surface. Le faisceau d'électrons est activé et chauffe la plateforme à haute température. Par exemple, le titane nécessite une température de 600 à 700 °C.

Étape 2La fusion de poudre couche par couche consiste à étaler une nouvelle couche de poudre après la fusion de la précédente. Le faisceau d'électrons fond ensuite sélectivement la poudre selon le modèle numérique, garantissant ainsi une construction précise couche par couche. La poudre fond uniquement là où elle est nécessaire à la construction de la pièce finale.

Étape 3:Les lentilles électromagnétiques et les bobines de déviation contrôlent avec précision la position et la focalisation du faisceau d'électrons pour assurer une fusion précise.

Étape 4Les étapes d'étalement, de chauffage et de fusion sont répétées jusqu'à ce que la pièce soit formée. La pièce finale ressemble à un bloc semi-solide ou à un gâteau de poudre. Le bloc contiendra toute la poudre préchauffée, fondue ou non. La pièce est ensuite retirée et dépoudrée.

Étape 5:La surveillance du processus et le contrôle de la qualité impliquent l'utilisation de capteurs et de caméras pour surveiller le processus de fusion en temps réel, tandis que le système suit les paramètres de construction et ajuste le processus pour garantir une sortie de haute qualité.

Services de finition

Après Une fois le processus de fabrication terminé, l'opérateur retire la pièce en titane de la machine et pulvérise la poudre non fondue à l'aide d'un pistolet à air comprimé ou d'un pinceau. Les supports d'impression peuvent ensuite être retirés et la pièce séparée de la plateforme d'impression. Les étapes post-impression peuvent inclure l'usinage des surfaces en contact avec d'autres pièces, le polissage, etc. Dans certains cas, il peut être nécessaire de chauffer la pièce au four pendant plusieurs heures afin de libérer les contraintes créées pendant la fabrication.

Note Toute la fabrication doit être réalisée sous vide pour que le faisceau d'électrons fonctionne correctement. Cela permet également d'éviter l'oxydation de la poudre lorsqu'elle est chauffée. À la fin du processus de production, une grande partie de la poudre non fondue peut être réutilisée presque directement. On comprend aisément l'intérêt de cette méthode pour les fabricants, notamment dans le secteur aéronautique, où seuls 20 % de la matière achetée sont généralement utilisés pour produire la pièce finale, le reste étant éliminé par usinage CNC.

Matériaux métalliques autorisés par EBM

L'EBM étant basé sur le principe des charges électriques, le matériau utilisé doit être conducteur. Sans propriétés conductrices, il n'y aura aucune interaction entre le faisceau d'électrons et la poudre. Il est donc techniquement impossible de fabriquer des pièces en polymère ou en céramique par faisceau d'électrons ; seuls les métaux peuvent être utilisés. Voici quelques matériaux courants :

Avantages de l'EBM

Les pièces en titane fabriquées par EBM présentent d'excellentes propriétés physiques, une résistance et une densité exceptionnelles. L'un des principaux avantages de la technologie du faisceau d'électrons réside dans sa rapidité d'impression : elle permet de chauffer et d'imprimer la poudre à plusieurs endroits simultanément. Le faisceau d'électrons à haute énergie préchauffe également la poudre avant la fusion, ce qui accélère le processus. De plus, les impuretés sont éliminées lors de la fusion par faisceau d'électrons à haute intensité.

Densité de pièces élevée
Imprime plus rapidement que DMLS
Excellentes propriétés mécaniques
Minimise le besoin de traitement thermique
La poudre non utilisée est recyclable à 95-98 %
Nécessite moins de supports que DMLS

Inconvénients de l'EBM

Les pièces en titane EBM ont une surface rugueuse, peuvent nécessiter une finition de surface supplémentaire et ne sont pas aussi précises que les autres technologies d'impression 3D.

Application des pièces en titane EBM

Le coût des imprimantes 3D et des poudres EBM étant élevé, cette technologie n'a pas encore été utilisée pour la production à grande échelle. Elle est généralement utilisée pour fabriquer de petites séries de pièces aux structures complexes. Comme on peut s'y attendre pour une technologie de fabrication de pièces en titane haute résistance, elle est utilisée dans de nombreux domaines. L'EBM a trouvé des applications dans des domaines tels que la médecine, l'aviation et le sport automobile.

Industrie aerospatiale

La fusion par faisceau d'électrons (EBM) permet de créer des aubes de turbine légères et très résistantes, dotées de canaux de refroidissement complexes pour des performances et un rendement accrus. L'EBM peut également bénéficier aux composants structurels aéronautiques en créant des géométries complexes et en offrant une résistance mécanique élevée, améliorant ainsi les performances et la durabilité des avions. Le secret du succès de ces aubes réside dans sa capacité à traiter des matériaux chauds et sujets aux fissures, comme l'aluminure de titane (TiAl), 50 % plus léger que les alliages de nickel qui les composent généralement. Une turbine entièrement imprimée en 3D peut réduire le poids d'un moteur jusqu'à 20 %, ce qui représente un progrès considérable pour l'industrie aéronautique. De plus, le puissant faisceau d'électrons peut fondre des couches plus épaisses que son principal concurrent, la fusion laser sur lit de poudre, ce qui en fait une option plus rapide et plus efficace pour cette application. Parmi les moteurs à réaction équipés de ces aubes imprimées en 3D, on trouve les modèles LEAP, GEnx, GE90 et GE90, qui équipent des avions de ligne tels que le Boeing 777, le Dreamliner et le 747-8.

Droit médical

Face à la complexité croissante des dispositifs médicaux tels que les implants orthopédiques, EBM offre une plus grande liberté de conception tout en répondant aux exigences du secteur médical en matière de propriétés mécaniques supérieures. EBM conçoit des prothèses sur mesure pour des applications spécifiques aux patients, garantissant un ajustement et une intégration optimaux. Ses capacités de fabrication de précision permettent également la production de restaurations dentaires durables et biocompatibles, améliorant ainsi le confort et la longévité des patients dans les applications dentaires. EBM peut également fabriquer d'autres implants orthopédiques de grande taille, tels que des composants fémoraux de genou, des plateaux tibiaux, des cages de genou et rachidiennes, ainsi qu'une gamme d'implants de treillis rachidiens.

Automobile

Dans l'industrie automobile, la fusion par faisceau d'électrons (EBM) est utilisée pour fabriquer des composants légers tels que des pièces de moteur et des éléments de structure, améliorant ainsi le rendement énergétique et les performances des véhicules. L'EBM accompagne également les constructeurs automobiles dans le prototypage et la production de pièces personnalisées, accélérant ainsi les itérations de conception et réduisant les délais de mise sur le marché. Parmi les cas d'utilisation, on peut citer les bobines pour le traitement thermique des vilebrequins, des moyeux et des axes, des transmissions, des roulements d'orientation, etc.

Fabrication industrielle

L'un des avantages de l'EBM par rapport au LPBF réside dans sa capacité à créer des pièces métalliques très pures, sans porosité ni oxydation. GH Induction, fabricant d'équipements et de machines spécialisés pour le chauffage par induction industriel, exploite cette capacité pour produire des bobines de cuivre d'une pureté de 99.99 %. Ces bobines de la gamme 3D Inductor ont une durée de vie 400 % supérieure à celle de leurs homologues traditionnelles, tout en bénéficiant de la liberté de conception offerte par l'impression 3D.