Depuis quelque temps, il est possible de trouver sur le marché des filaments métalliques pour l'impression 3D FDM, mais ils ne sont pas tous identiques. Quelles sont les différences entre eux ?

Pour répondre à cette question, il faut tenir compte de la différence entre les filaments métalliques colorés et les filaments métalliques remplis. Les premiers contiennent une petite quantité de particules métalliques (5 % - 40 %) pour donner un aspect métallique, utilisées uniquement pour leurs propriétés esthétiques. Plus le pourcentage de particules est élevé, meilleure est la simulation du matériau métallique en question.

Dans le cas des filaments chargés de métal, la charge en particules métalliques est généralement très élevée (plus de 80 %) et il est possible de soumettre les pièces imprimées en 3D à un processus de frittage par lequel le polymère de liaison est éliminé, ce qui donne des pièces 100 % métalliques.

Actuellement, BASF et The Virtual Foundry sont deux des fabricants les plus connus qui proposent ce type de matériaux pour la fabrication de pièces entièrement métalliques par impression 3D FDM et frittage.

BASF propose des filaments Ultrafuse, notamment Ultrafuse 316 L et Ultrafuse 17-4 PH.

The Virtual Foundry, quant à elle, a développé un grand nombre de filaments métalliques sous le nom de Filamet, comme par exemple : Acier inoxydable Filamet 316L, bronze Filamet, cuivre Filamet, aluminium Filamet 6061, acier à haute teneur en carbone Filamet, tungstène Filamet, Inconel Filamet 718-34 ou titane Filamet 64-5.

Compatible avec les imprimantes 3D FDM

L'une des principales caractéristiques du filament métallique est qu'il n'est pas nécessaire de disposer d'un équipement industriel d'impression 3D FDM, ni même d'un équipement professionnel. Les filaments métalliques tels que Ultrafuse ou Filamet ont la particularité de pouvoir être imprimés en 3D sur presque toutes les imprimantes 3D FDM du marché.

En raison de la forte charge métallique de ces filaments, une buse en acier trempé doit être utilisée pour réduire l'abrasion du filament. La température d'impression et la température du lit chaud varient en fonction du fabricant et du matériau, mais elles ne dépassent pas 245 ºC pour la température d'impression et 120 ºC pour le lit chaud.

Image 1 : Usure de la buse en laiton vs. acier trempé. Source : E3D.

Dans le cas des filaments Basf Ultrafuse, la nature du filament offre une certaine flexibilité et n'est pas très cassante, ce qui le rend très facile à imprimer.

Les filaments Filamet de The Virtual Foundry sont composés d'un pourcentage élevé de charge métallique et de PLA comme polymère de liaison. En fonction du métal et du pourcentage de matériau de remplissage, les filaments Filamet peuvent être assez fragiles et présenter certaines difficultés lors de l'impression dans certaines imprimantes 3D en raison du chemin que le filament doit suivre depuis l'endroit où la bobine est placée jusqu'à l'extrudeur. Ce n'est toutefois pas un problème, puisque The Virtual Foundry a mis au point Filawarmer, un dispositif qui permet de s'assurer que le filament est parfaitement droit avant l'impression, ce qui permet d'éliminer la courbure de l'enroulement et d'obtenir une impression 3D optimale du matériau.

Vidéo 1 : Installation de Filawarmer. Source : The Virtual Foundry.

Rétrécissement dimensionnel

Les filaments métalliques requièrent un processus de post-traitement de frittage qui élimine le polymère de liaison du filament, ce qui donne des pièces entièrement métalliques.

Comme il s'agit d'un processus dans lequel on enlève du matériel, il faut tenir compte du fait que les dimensions des pièces obtenues auront certaines variations par rapport aux mesures originales. C'est-à-dire que les pièces subiront un rétrécissement plus ou moins important lors du processus de frittage en fonction du matériau et de la marque du filament.

C'est sans aucun doute une difficulté lors de la fabrication de pièces fonctionnelles où la précision dimensionnelle est une priorité. Cependant, il est possible de trouver le facteur de retrait et de mettre à l'échelle les modèles CAO pour obtenir les résultats dimensionnels souhaités.

À ce stade, les matériaux Ultrafuse et Filamet présentent quelques différences. Les filaments Ultrafuse présentent un rétrécissement de 16 à 17 % sur l'axe XY et de 19 à 20 % sur l'axe Z, contre un rétrécissement de 7 à 10 % pour les filaments Filamet.

Dans le cas de Filamet, les pièces finales ont une densité de 80-85%, bien que les pièces puissent être frittées pendant un temps plus long, ce qui impliquerait une densité et un retrait plus élevés par rapport aux pièces originales.

Pour Ultrafuse, BASF propose une guide d'utilisation complet qui comprend des informations sur les tolérances, le retrait et l'écaillage, l'épaisseur de paroi recommandée, etc. qui peuvent être très utiles.

Vidéo 2 : Guide de conception Ultrafuse. Source : BASF.

Processus de frittage

Les processus de frittage développés pour les filaments Ultrafuse et les filaments Filamet présentent certaines différences entre eux.

BASF utilise un polymère liant spécifique dans les filaments Ultrafuse qui requiert un déliantage catalytique avant le processus de frittage, de sorte que le post-traitement peut être considéré comme un peu plus complexe que pour les filaments Filamet. Cependant, parmi les filaments Filamet, certains sont encore soumis à un processus de frittage expérimental, ce qui n'offre aucune garantie en termes de résultats.

En outre, la plupart des filaments Filamet sont moins exigeants en termes d'installations de frittage, car la plupart d'entre eux peuvent être frittés dans un four à environnement ouvert.

Image 2 : Tableau d'information de Filamet. Source : The Virtual Foundry.

A priori, l'utilisation de ces filaments peut soulever certains doutes et difficultés, surtout si l'utilisateur ne dispose pas des moyens de réaliser le frittage des matériaux. Toutefois, les deux fabricants proposent des solutions à cet égard. BASF dispose de son propre service de frittage, tandis que les utilisateurs qui souhaitent travailler avec des filaments Filamet peuvent nous contacter pour évaluer la faisabilité de leurs projets et effectuer les post-traitements nécessaires pour obtenir le résultat souhaité.

Image 3 : Service de frittage de BASF. 

Conclusions

La gamme de filaments métalliques de Filamet est sans doute la plus large du marché. The Virtual Foundry a été le premier fabricant à lancer sur le marché des filaments métalliques frittables et a développé une grande variété de matériaux adaptés à une multitude d'applications.

La gamme de filaments Ultrafuse est actuellement spécialisée dans le développement de filaments en acier inoxydable, bien qu'elle prenne en charge un large éventail d'applications telles que l'outillage, les gabarits et les montages, la production de petites séries, les pièces fonctionnelles et les prototypes.

En ce qui concerne l'impression 3D, les filaments Filamet requièrent une température d'impression et de lit plus basse que les filaments Ultrafuse, bien que certains matériaux Filamet requièrent l'utilisation de dispositifs externes tels que le Filawarmer pour garantir des résultats optimaux.

Les filaments Ultrafuse permettent l'utilisation de buses de plus petit diamètre de sortie, tandis que les filaments Filamet requièrent l'utilisation d'une buse de 0,6 mm, à l'exception du Filamet Tungsten.

En ce qui concerne le processus de frittage, le post-traitement auquel les filaments métalliques Filamet doivent être soumis est plus simple et, dans de nombreux cas, ne requiert pas l'utilisation d'un four à atmosphère contrôlée. Il peut donc être relativement facile de disposer des installations et des machines nécessaires pour fritter des pièces imprimées en 3D avec Filamet. En outre, si l'utilisateur ne dispose pas des installations ou des connaissances nécessaires pour réaliser le frittage, il peut nous contacter. D'autre part, certains des filaments Filamet sont en phase expérimentale, il n'y a donc aucune garantie concernant le frittage de ces matériaux.

Dans le cas d'Ultrafuse, les pièces imprimées en 3D avec ces filaments doivent subir un post-traitement un peu plus complexe, bien que BASF propose un guide complet contenant des informations pertinentes pour obtenir des résultats optimaux avec les filaments Ultrafuse. En outre, BASF dispose d'un service de debinding et de frittage fourni par ELNIK, basé sur l'achat de coupons qui couvrent le processus de debinding et de frittage, ainsi que l'expédition et le retour des pièces.

Sans aucun doute, les filaments métalliques sont des matériaux innovants qui permettent aux utilisateurs d'imprimantes 3D FDM de fabriquer des pièces entièrement métalliques pour une variété d'applications. Avec Ultrafuse et Filamet, les utilisateurs peuvent trouver le matériau qui convient le mieux à leurs besoins.