Cet article a été traduit automatiquement (article original en anglais ici).

Qu’est-ce que le post-traitement pour l’impression 3D métallique ?

Pour obtenir une pièce finie via la fabrication additive métal, la pièce imprimée en 3D passe du stade de fichier CAD à celui de produit devant répondre à des normes de qualité très exigeantes. Le post-traitement représente une dernière étape essentielle – ou une série d’étapes – pour s’assurer que le produit répond aux exigences structurelles, matérielles et esthétiques nécessaires à son usage final.

Selon le rapport Wohler, la phase de post-traitement représente environ 27 % des coûts d’impression de la fabrication additive métal. Une série de traitements et de finitions sont nécessaires pour préparer la pièce à son application finale, tant au niveau de l’aspect visuel que de l’optimisation du matériau et de ses propriétés. Les techniques varient en fonction de la technologie d’impression 3D, du matériau utilisé et de l’application cible.

Approches en une seule étape ou en plusieurs étapes

Les processus de fabrication additive peuvent inclure une ou plusieurs étapes. Contrairement aux procédés en une seule étape (“single-step process”), les procédés en plusieurs étapes (“multi-step process”) peuvent nécessiter deux ou plus opérations distinctes pour obtenir la forme et les propriétés mécaniques souhaitées. Par exemple, les technologies à base de liant nécessitent une première étape pour façonner la pièce (c’est-à-dire l’imprimer en 3D) avec du liant et une deuxième étape pour le déliantage et le frittage.

Dans les deux cas, les composants doivent encore subir d’autres traitements ultérieurs, tels que des traitements thermiques et des finitions de surface.

Améliorations inhérentes au processus, mécaniques et visuelles

Les étapes de post-traitement peuvent être divisées en trois macro-catégories, en fonction des effets sur la pièce imprimée en 3D :

  • inhérentes au processus
  • mécaniques
  • visuelles

Les étapes inhérentes au processus comprennent le dépoudrage, le retrait du support et la suppression des contraintes, afin de libérer la pièce du matériau de support et de relâcher les contraintes accumulées dans le métal. Ces étapes peuvent parfois être considérées comme faisant partie d’un processus à plusieurs étapes, auquel cas elles peuvent ou non être désignées comme des étapes de post-traitement par les fabricants.

Les propriétés mécaniques de pièces produites par fabrication additive telles que la dureté, la ductilité et la résistance à la flexion peuvent être améliorées en effectuant des traitements thermiques sur le métal. Au cours de cette phase, il est également possible d’obtenir des tolérances plus strictes et une précision dimensionnelle. Certaines applications peuvent également nécessiter que la pièce subisse des traitements pour augmenter la résistance à la corrosion et réduire la conductivité électrique.

Enfin, les traitements de surface et les finitions sont effectués pour maximiser l’attrait visuel de la pièce et s’assurer qu’elle sortira du post-traitement sans tâches ni marques. Pour cette raison, la pièce doit être polie et lissée pour diminuer autant que possible la rugosité moyenne. Des finitions peuvent également être réalisées pour colorer la pièce ou lui donner un aspect métallique brillant et lisse.

Exemples de pièces métalliques imprimées en 3D. Source : Aniwaa, CAD Vision

Catégories de post-traitement pour la fabrication additive métallique

Retrait de la poudre (ou dépoudrage)

Tout d’abord, la poudre qui reste sur le plateau après le processus d’impression doit être retirée. Ceci peut être réalisé avec des procédures de nettoyage standard. L’excédent de poudre est souvent conservé ou renvoyé au fournisseur à des fins de recyclage. La question de savoir si le dépoudrage est considéré comme une étape de post-traitement distincte ou non fait l’objet d’un débat.

Détensionnement

Le traitement thermique initial a pour but de supprimer les contraintes accumulées dans le métal et dissiper les tensions accumulées au cours de la phase de fabrication. Cette étape implique généralement le chauffage puis refroidissementde la pièce à l’intérieur d’un four spécial, et est réalisée lorsque la pièce est encore fixée à une structure de support.

Retrait du support

De nombreuses pièces ont besoin d’une structure de support pour être imprimées. Avant de pouvoir effectuer un traitement thermique ou une finition sur la pièce, il faut donc retirer les structures de support. Bien qu’une scie à ruban ou des limes puissent suffire pour retirer les pièces et la structure de support, dans le cas de matériaux plus durs qui résistent à une tension intense (comme l’Inconel), il peut être nécessaire d’utiliser l’usinage CNC, des bras robotisés ou l’électroérosion à fil.

Traitement thermique

Les procédures de traitement thermique pour la fabrication additive permettent d’éliminer les contraintes résiduelles qui se sont accumulées pendant le processus d’impression en raison du chauffage et du refroidissement rapides du matériau. Elles servent également à améliorer les propriétés mécaniques, parmi lesquelles la dureté, la résistance à la flexion et la ductilité.

Le pressage isostatique à chaud (HIP) et le recuit sont deux des procédés de traitement thermique les plus courants.

  • Pressage isostatique à chaud (HIP). La chaleur élevée est combinée à la pression pour augmenter la solidité et la densité des pièces (en éliminant la porosité), traiter les contraintes résiduelles et améliorer considérablement leur résistance. Le procédé HIP est particulièrement adapté aux industries exigeantes telles que l’aérospatial et le biomédical, voire l’énergie et l’automobile.
  • Recuit. Chauffage et refroidissement contrôlés pour une réduction accrue des contraintes et une amélioration des propriétés mécaniques telles que la dureté et la ductilité.

Finition des surfaces

Ce sont les “dernières touches”, pour lisser et polir la pièce, optimiser son esthétique et, si l’application l’exige, réduire sa rugosité au minimum. En particulier, les traitements de surface prennent en charge les problèmes induits par l’accumulation de poudre (poudre partiellement fondue) et les défauts d’escalier ou de superposition.

Une station de post-traitement tout-en-un pour le dépoudrage manuel et le traitement de surface de la société allemande JOKE. Source : Aniwaa

Vous trouverez ci-dessous des exemples de techniques courantes de finition de surface.

  • Usinage et usinage CNC. Usinage supplémentaire pour enlever l’excès de matière, diminuer la rugosité moyenne de la pièce et resserrer les tolérances liées à la précision dimensionnelle.
  • Sablage. Cette méthode comprend le sablage et le jet d’eau. Cependant, la méthode la plus populaire pour les pièces d’impression 3D en métal est le microbillage, dans lequel des billes de verre ou d’autres medias sont pulvérisées sur la pièce pour éliminer les marques laissées par l’usinage et rendre la surface plus lisse et plus polie.
  • Anodisation. La pièce est plongée dans une solution électrolytique et dotée d’une couche anodique protectrice qui augmente la dureté et la résistance à la corrosion, à l’usure et à la conductivité électrique.
  • Electroplacage ou métallisation. L’électrodéposition est une alternative à l’anodisation et consiste à déposer un revêtement métallique qui, comme l’anodisation, protège la pièce de la corrosion et la rend non conductrice. La pièce est également dotée d’un aspect métallique attrayant.

Coloration

Il est ensuite possible de colorer la pièce. Il s’agit d’une étape importante, notamment pour optimiser l’aspect visuel de la pièce. La coloration peut être réalisée à l’aide de colorants, d’outils manuels ou de machines à colorer.

Voici quelques exemples de procédés de coloration.

  • Teinture/trempage. L’une des méthodes les plus utilisées consiste à tremper la pièce dans un bain de teinture. Le colorant s’infiltre dans le composant, donnant à la pièce une couleur uniforme
  • Peinture. La pièce peut également être peinte à l’aide d’un pinceau ou d’une machine à pulvériser.

Inspection

Une série de contrôles de qualité sont enfin effectués pour s’assurer que la pièce est prête pour son application, tant en ce qui concerne ses propriétés mécaniques que son esthétique. Pour en savoir plus, lisez notre aperçu de la numérisation 3D pour l’inspection des pièces.

Conclusion

La fabrication additive étant un processus industriel relativement nouveau, le post-traitement avait tendance à être considéré comme d’une importance marginale il n’y a encore pas si longtemps. Aujourd’hui, alors que la vision d’un flux de travail perfectionné de bout en bout devient une réalité, les opérations de post-traitement sont reconnues comme un élément crucial de la chaîne de production.

Cet accent mis sur l’optimisation des composants pour des applications de plus en plus exigeantes semble ouvrir la voie à ce que beaucoup appellent déjà la fabrication additive 2.0.