Fabrication par impression 3D de pièces métalliques à la cire perdue vs DMLS

Le monde de la fabrication de prototypes en alliages métalliques et en petites séries a beaucoup progressé grâce à la technologie d'impression 3D. Cependant, certaines techniques traditionnelles n’ont pas disparu, mais ont évolué.

C’est le cas de la fabrication de la cire perdue, une technique millénaire qui a évolué de l’obligation de fabriquer une cire originale plus ou moins à la main, de fabriquer des moules à cire légers et de pouvoir fabriquer des séries courtes, jusqu’à pouvoir enfin fabriquer des pièces en les imprimantes 3D à résines, telles que la Form 2 et la résine Castable, ou les imprimantes 3D FDM avec des matériaux spéciaux pour la cire perdue (MoldLay) qui ont révolutionné le marché comme PolyCast, grâce à sa haute précision et à son excellent état de surface.

Vidéo 1: Fabrication de pièces à la cire perdue avec PolyCast. Source: Polymaker

Pour en revenir aux débuts de l’impression 3D, nous trouvons le PLA, un matériau bon marché utilisé par presque toutes les imprimantes 3D, y compris les imprimantes desktop, capable de fabriquer la pièce originale qui est ensuite insérée dans une masse de sable et de liant pour former un moule lorsqu'il est chauffé au four.

Il y a quelques années (2015), lorsque cette technique n'était pas encore couramment utilisée, ennomotive, une plate-forme d'innovation regroupant une communauté d'ingénieurs mondiale, leur a demandé, à la demande d'un client, de proposer une solution innovante, plus rapide et plus efficace, bon marché, pour fabriquer leurs prototypes en alliages de titane destinés au monde de l'aviation et, si possible, également pour fabriquer des séries courtes, entièrement fonctionnelles, sans le coût économique et le temps nécessaire au processus traditionnel de fabrication de moules métalliques pour injection ou coulée de morceaux.

A cette époque, l’un des ingénieurs de la communauté, de la bande de Gaza, qui avait développé ses études d’ingénierie aux États-Unis et dont le projet final portait sur cette technique d’impression 3D en PLA et de fabrication avec la méthode de la cire perdue l'a proposé comme solution. Il connaissait bien ses vertus.

Le client, incrédule devant une solution lui permettant d'économiser des mois et des milliers d'euros, et qui n'a été utilisé ni proposé par aucun des milliers d'ingénieurs de l'entreprise, a commenté: "La pièce ainsi fabriquée répond aux normes strictes de la réglementation aérienne? "La réponse a été dévastatrice:" Oui, et il y a aussi ceux qui commencent à l'utiliser, et nous pouvons vous mettre en contact avec qui peut le faire, il faudra 3 jours de plus pour le transporter ".

À cette époque, les imprimantes 3D pouvant fabriquer des pièces métalliques ne le faisaient encore que pour quelques alliages. Elles ne bénéficiaient pas des finitions nécessaires, ni des mêmes spécifications techniques d’une pièce fabriquée par moulage (et centrifugation, ou si nécessaire sous vide), à part être lent et cher.

Mais la technologie continue d'évoluer et les propriétés techniques des pièces fabriquées se sont améliorées, ainsi que leur coût et le nombre d'alliages disponibles. Cependant, la technologie de la cire perdue est toujours pleinement en vigueur et évolue sur la base de l'impression 3D FDM. Ainsi, bien que la technologie DMLS ait beaucoup évolué, quelle serait maintenant la recommandation des ingénieurs de la communauté s'ils devaient redemander sur ennomotive.com?

Eh bien, la réponse est que cela varie et beaucoup, en fonction de la pièce, des exigences techniques, des dimensions, des matériaux, etc., et il se pourrait bien que l'évolution des méthodes de fabrication, recommandent certains ingénieurs: "Modifiez le design" o "Changer les matériaux," comme ils l'ont fait la première fois, en demandant pourquoi cette pièce était fabriquée en alliage de titane et non en un type de résine pouvant répondre aux spécifications techniques requises.

C’est pourquoi il existe un certain nombre de recommandations lors du choix de la technologie de fabrication, mais c’est l’œil expert de l’ingénieur concepteur, qui connaît bien ces techniques (et qui les améliore chaque jour), ce qui peut être réalisé avec la meilleure combinaison qualité / coût

• A cette époque, les deux techniques ont des finitions de surface très similaires, soulignant l'une ou l'autre en fonction de la qualité du processus et du matériau. Par exemple, il existe des imprimantes DMLS qui offrent une excellente qualité de surface, mais il existe également des filaments pour impression 3D FDM (PolyCast) qui offrent une finition totalement lisse et lisse.
• Comme pour la finition de surface, le débat est relativement uniforme avec la précision géométrique. Il est vrai qu'avec la technologie DMLS, des pièces finales d'une précision supérieure à 0,1mm±0,3% sont obtenues.
• En ce qui concerne les tailles, les grandes pièces peuvent être imprimées sur la cire perdue, de 2 m par exemple, alors qu'avec le DMLS, elles sont généralement plus petites, bien qu'elles puissent ensuite être assemblées pour atteindre la taille requise.
• Là où la cire perdue en profite, il est possible de choisir le matériau souhaité, sans limite, alors que le catalogue de matériaux pour DMLS, bien qu’il augmente, est limité.
• Au contraire, la technologie de diluant DMLS permet des géométries plus complexes (par exemple des structures) et les murs, ce qui ne permet pas la technologie de la cire perdue, qui prend en charge la géométrie complexe, mais avec une limite.
• Le DMLS permet d’imprimer différents composants en même temps, intégrés dans la même pièce (bien que ce ne soit pas le cas).
• Mais si vous avez à tout prix la vitesse et le coût, ce qui est fondamental pour l’industrie, c’est pour l’instant favorable à la cire perdue, raison pour laquelle elle est encore largement utilisée dans l’industrie aéronautique; Bien que les progrès rapides de la technologie DMLS la rapprochent et que chaque jour soit de plus en plus utilisé dans l’industrie.

Ainsi, dans la pièce mentionnée ci-dessus, puisque sa géométrie n'était pas trop compliquée et que le matériau était un alliage spécial, pour la production de petites séries, il opterait probablement pour la cire perdue, d'autant plus qu'il existe des matériaux pour Impression 3D FDM comme PolyCast, un filament développé exclusivement pour la fabrication à la cire perdue. Bien que vous ayez déjà lu cet article, les tables ont peut-être changé. Allons-nous demander à nouveau à la communauté des ingénieurs? Ou serons-nous au courant des dernières nouveautés en impression 3D?

Le développement des matériaux et des technologies est si rapide qu’une solution acceptée comme valable aujourd’hui est dépassée dans moins de 5 ans. Le rythme effréné des progrès de la fabrication additive est imparable.

Article en collaboration avec ennomotive.