Caractéristiques et directives de fabrication des filaments métalliques Filamet ™

The Virtual Foundry est une entreprise américaine qui, après des années de recherche, a réussi à développer la gamme de filaments métalliques Filamet™. Ces filaments, grâce à un post-traitement basé sur le frittage, permettent d'obtenir des pièces entièrement métalliques.

The Virtual Foundry est ainsi devenu le pionnier et la référence maximale en matière d'impression métallique 3D FDM.

Que sont les filaments Filamet™?

Les filaments Filamet™ sont formés d'un métal de base et d'un polymère biodégradable et écologique (PLA). Ces filaments comprennent dans leur composition des pourcentages élevés de particules métalliques. Cependant, en utilisant le PLA comme liant, ils sont extrêmement faciles à imprimer, car leurs propriétés d'impression sont similaires à celles du PLA, ce qui permet à tout utilisateur d'une imprimante 3D FDM de créer des pièces avec ces filaments.

Vidéo 1: Qu'est-ce que Filamet?. Source: The Virtual Foundry.

La plupart des filaments métalliques sur le marché contiennent un pourcentage minimum de particules métalliques, environ 30% ; ils sont donc généralement développés à des fins décoratives uniquement. Cependant, les pièces imprimées avec des filaments Filamet™, une fois frittées, ont les propriétés du métal de base correspondant.

Un exemple de ceci serait le filament de cuivre Filamet ™: une pièce imprimée avec du cuivre Filamet ™ n'aura pas de propriétés conductrices tant qu'elle n'aura pas été soumise au processus de frittage.

Image 1: Cônes en acier à haute teneur en carbone Filamet ™ non fritté et fritté. Source: The Virtual Foundry.

Le résultat après le frittage de la pièce imprimée en 3D sera une pièce totalement métallique, ce qui était impensable jusqu'à présent dans le cadre de l'impression 3D FDM. Ainsi, avec Filamet™, des propriétés similaires à celles possibles avec la technologie DMLS sont obtenues, mais avec certaines limitations.

En raison de la nécessité de fritter les parties imprimées avec ce filament, lorsque le PLA est éliminé, les parties auront:

• Une certaine porosité
• Perte de volume
• Pas d'isotropie

Vidéo 2: Densité des filaments Filamet. Source: The Virtual Foundry.

Actuellement, Filamet™ comprend les filaments ci-après :

• Acier inoxydable 316 L - 80 % de particules métalliques + 20 % de PLA
• Bronze - 80 % de particules métalliques + 20 % de PLA
• Cuivre - 90 % de particules métalliques + 10 % de PLA
• Aluminium 6061 - 65 % de particules métalliques + 35 % de PLA
• Acier à haute teneur en carbone - 75 % de particules métalliques + 25 % de PLA
• Tungstène - 95 % de particules métalliques + 5 % de PLA

Caractéristiques de Filamet™

La densité des filaments Filamet™ est beaucoup plus élevée que celle du PLA standard, en raison de la quantité élevée de particules métalliques et de la densité de chacun des métaux correspondants.

Lors de l'impression avec les filaments Filamet™, il est recommandé d'utiliser une buse en acier trempé en raison du pourcentage élevé de particules métalliques contenues dans les filaments. En outre, selon le matériau, il convient d'utiliser une buse d'un diamètre de sortie d'au moins 0,6 mm pour éviter tout colmatage. Sauf pour le filament Filamet™ de tungstène, qui permet l'utilisation d'une buse d'un diamètre de sortie allant jusqu'à 0,3 mm ; et le filament Filamet™ d'acier à haute teneur en carbone, qui nécessite l'utilisation d'une buse d'un diamètre de sortie d'au moins 0,8 mm.

Image 2 : Buse en laiton vs. acier trempé. Source : E3D.

Une autre conséquence de la charge élevée de particules métalliques de ces filaments est une plus grande fragilité du filament avant d'être fondu, car ils ont de très faibles pourcentages de polymère liant dans leur composition. Cependant, grâce à la recherche et au développement permanents effectués par The Virtual Foundry, cette fragilité se retrouve de moins en moins dans ses filaments ; comme on peut le voir dans la vidéo suivante :

Vidéo 3: Fragilité des filaments Filamet. Source: La fonderie virtuelle.

Dans le processus d'impression des filaments Filamet™, il est très important que le filament soit aussi droit que possible avant d'entrer dans l'extrudeur, mais ces filaments ont une certaine courbure due à l'enroulement.  Pour résoudre ce problème, The Virtual Foundry dispose d'un Filawarmer, un dispositif qui consiste en un cylindre qui chauffe le filament et un contrôleur de température.

Image 3 : Filawarmer placé à l'intérieur d'une bobine de filament. Source : The Virtual Foundry.

Ce dispositif doit être placé verticalement, à l'intérieur de la bobine, l'entrée étant aussi proche que possible de la bobine de filament et la sortie alignée avec le trou d'entrée de l'extrudeur. The Virtual Foundry recommande de suspendre le cylindre de chauffage pour permettre à la bobine de tourner librement.

Vidéo 4: Filawarmer. Source: The Virtual Foundry.

Lorsque le matériau passe à travers le cylindre chauffant, il perd sa courbure et augmente sa flexibilité, réduisant la résistance à la traction pour éviter la rupture et faciliter l'impression.

Lors de l'impression avec les filaments Filamet™, il faut tenir compte d'une excellente adhérence à la base. Il est donc recommandé d'utiliser du Blue Tape pour éviter d'endommager le support d'impression lors du retrait des pièces imprimées

Frittage de Filamet™

Une fois retirées de la base d'impression, les pièces doivent être frittées pour obtenir une pièce entièrement métallique. Par ce processus, le PLA qui fait partie du filament est retiré. Tant que ce processus n'est pas réalisé, les pièces n'auront pas les propriétés du métal de base qui constitue le filament utilisé.

Vidéo 5: FAQs Filamet™. Source: The Virtual Foundry.

Le frittage est un procédé de fabrication de pièces solides à partir d'un objet fait de poudre métallique compactée, qui est traitée thermiquement à une température inférieure à la température de fusion, mais suffisamment élevée pour lier les particules métalliques entre elles de manière solide, ce qui donne un bloc totalement solide.

Le frittage peut être effectué dans un four à environnement ouvert ou dans un environnement sous vide ou inerte. Dans notre article Comment obtenir des pièces totalement métalliques avec impression FDM, vous pouvez en savoir plus sur le frittage et les différents fours qui peuvent être utilisés pour réaliser ce processus.

Si vous ne disposez pas d'un four répondant aux exigences du frittage de pièces imprimées en 3D avec filaments Filamet™, vous pouvez nous contacter et nous vous informerons sur la faisabilité et les conditions du frittage dans nos installations.

Post-traitement de Filamet™

Une fois la pièce imprimée avec le filament Filamet™ frittée, il est possible de la post-traiter en ponçant et en polissant les surfaces comme on le ferait pour une pièce métallique. Il est recommandé d'utiliser un papier de verre à l'eau pour réduire les lignes d'impression et autres petites déformations, et d'utiliser un papier de verre à grain plus fin à chaque fois. 

Enfin, vous pouvez utiliser un outil rotatif avec un disque de polissage et appliquer de la pâte à polir pour obtenir le brillant souhaité. Selon le métal de base du filament, les pièces résultant du frittage peuvent être rectifiées, lissées à la chaleur et même soudées.

Les filaments Filamet™ de The Virtual Foundry permettent, pour la première fois, de fabriquer des pièces entièrement métalliques par impression 3D FDM, nécessitant un post-traitement relativement simple.

Il s'agit d'une progrès très importante et utile pour différents secteurs industriels : fabricants d'imprimantes 3D, innovation biomédicale, développement de moteurs à réaction, protection contre les radiations, exploration spatiale, énergie nucléaire, dentaire, artistes ou stylisme.