Bandeau

Prototypage à l'aide d'un laser

Faisant appel à un laser de grande puissance pour fondre des poudres et former des pièces tridimensionnelles, le frittage laser révolutionne l’univers de la fabrication et par là-même celui de la conception des produits.

Exemple Prototypage

La technologie de frittage sélectif par laser (SLS, pour selective laser sintering) ou de fusion sélective par laser (SLM, selective laser melting) permet de créer directement à partir de poudres des objets fonctionnels sans avoir recours à aucun liant intermédiaire ou aucune étape complémentaire de finition. Les machines SLS/SLM peuvent fabriquer des objets à base de poudres de différents matériaux : métalliques, plastiques ou céramiques.

Le procédé SLS est un procédé de fabrication de pièces consistant à chauffer une poudre. Sous l’effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux, conférant sa cohésion à la pièce. En réalité, ce frittage présente, presque toujours, une phase liquide, très minoritaire, aux joints de grains. Il permet de réaliser des pièces avec une grande précision (de 100 à 200 µm), mais avec une porosité importante, car la densification n’a pas eu le temps de s’effectuer.

Avec le procédé SLM, en revanche, tout le volume de matière sollicité par le faisceau laser passe à l’état liquide. Le liquide s’infiltrant par capillarité dans la partie non sollicitée de la poudre, la définition des surfaces de la pièce s’en trouve altérée. Ce procédé n’est donc pas adapté aux épaisseurs fines (inférieures à 0,15 mm pour les poudres métalliques, 0,3 mm pour les céramiques et 0,7 mm pour les pièces plastiques).

Pour simplifier, nous réunirons ces deux procédés sous le terme de frittage laser.

Le procédé

La figure 1 présente une architecture de machine SLS/SLM. Elle se compose d’une table comprenant deux conteneurs. Le fond de chaque conteneur est fait d’un piston mobile. Initialement, le conteneur gauche est rempli de poudre et le droit est vide avec le piston au niveau de la table. Le procédé commence par le dépôt d’une couche mince de poudre (de 20 à 100 µm) dans le conteneur droit. Pour cela le piston gauche est relevé et le piston droit est baissé de l’épaisseur de la couche 1a. Ensuite, un rouleau compacteur et racleur passe sur la poudre de gauche à droite 1b. Enfin la couche déposée est balayée par un faisceau laser 1c, qui provoque le chauffage local, la fusion puis la consolidation de la poudre.

Ce cycle de dépôt-balayage laser de la poudre est répété jusqu’à l’obtention d’un objet submergé dans la poudre non frittée 1d.

Les étapes de production sont les suivantes :

  • Comme pour de nombreux procédés de prototypage rapide, la géométrie CAO de la pièce est tout d’abord décomposée en couches. Cette étape nécessite un logiciel ad hoc et un savoir-faire dans le positionnement de la pièce dans la cuve.
  • Il peut être nécessaire d’ajouter des structures porteuses fines pour soutenir la géométrie en cours de construction.
  • La machine va ensuite fusionner couche par couche la poudre par un faisceau laser. Les temps de réalisation sont encore relativement longs (plusieurs heures), et les cuves encore réduites en taille (de 200 à 300 mm de diamètre). Pour rentabiliser un « batch » (lot de pièces), on aura intérêt à réaliser le plus de pièces possible dans la cuve.
  • La poudre non fusionnée est éliminée ; elle sera réutilisable pour fabriquer d’autres pièces.
  • Une petite phase d’ébavurage des pièces est nécessaire pour éliminer les structures porteuses des pièces.
  • Une phase de posttraitement (recuit de détente) est souvent nécessaire avant de détacher les pièces de la plaque embase pour les matériaux métalliques.

Schema Prototypage

Lire la suite de l’article d’Alexandre Taillard dans la revue Technologie[CNDP] n°183.

Visionner le procédé en vidéos:

https://www.youtube.com/watch?v=xONhj4iD0hs

https://www.youtube.com/watch?v=cRE-PzI6uZA

https://www.youtube.com/watch?v=Q_U5NktXg6A

https://www.youtube.com/watch?v=r0TQKm5ciY0

Ateliers GIPTIC
  • HySy : un enseignement Hybride-Synchrone (formation en PRESENTIEL)
  • HySy : un enseignement Hybride-Synchrone (formation en DISTANCIEL)