L’impression 3D par liage de poudre, on vous explique tout !

Il existe actuellement de nombreuses technologies de fabrication additive sur le marché, chacune associée à des matériaux différents et des applications bien spécifiques. Cette semaine, nous parlerons de la technologie de liage de poudre, ou projection de liant ou binder jetting en anglais, qui est compatible avec divers matériaux, de la céramique aux polymères plastiques en passant par le métal. Comment fonctionne l’impression 3D par liage de poudre ? Avec quels matériaux pouvez-vous fabriquer des pièces ? Qui sont les principaux fabricants de machines ? Nous vous disons tout !

Cette technologie a été inventée en 1993 au MIT qui a commencé à travailler avec de la céramique. Les droits ont rapidement été repris deux ans plus tard par Z Corporation. Celle-ci a été rachetée en 2012 par le géant 3D Systems. En ce qui concerne la projection de liant métallique, elle a été développée par la société américaine ExOne en 1996.

Pièce imprimée en 3D par projection de liant métallique (crédits photo : Sculpteo)

Comment fonctionne l’impression 3D par liage de poudre ?

Avant toute chose, il est important de rappeler que le procédé de liage de poudre consiste principalement à pulvériser un liant liquide sur un lit de poudre qui se solidifie ensuite couche par couche pour fabriquer la pièce finale. En fonction du fabricant, les matériaux que l’on va retrouver sont généralement de la poudre de gypse, du sable, des céramiques, des métaux ou des polymères granulaires.

Comme pour toutes les techniques d’impression, l’objet désiré doit être préalablement modélisé avant sa fabrication à l’aide d’un logiciel de CAO puis exporté vers le logiciel de l’imprimante, aussi appelé slicer. Ce dernier viendra envoyer les instructions à l’imprimante 3D. L’impression d’une pièce commence par l’abaissement du plateau sur lequel est répandue une première couche de poudre à l’aide d’un cylindre balayeur. Cette poudre est solidifiée à l’aide d’un liant qui est projeté sous forme de gouttelettes de 80 µm grâce à une tête d’impression similaire à celle utilisée par les imprimantes 2D. Le plateau continue de s’abaisser et une nouvelle couche de poudre est étalée et liée à son tour. C’est ainsi que l’objet prend forme couche par couche. Lorsque des matériaux céramiques sont utilisés, il est possible de créer des modèles en couleur. Dans ce cas, la couleur est ajoutée dans la même phase que le liant.

Fonctionnement de l’impression 3D par liage de poudre (crédits photo : Additively)

Une fois les pièces imprimées, elles doivent être libérées du surplus de poudre et traitées afin d’augmenter leur résistance. Les résidus de poudre sont quant à eux aspirés ou balayés. Selon le matériau choisi, une étape de post-traitement supplémentaire est nécessaire : dans le cas de la projection de liant métallique, les pièces doivent être frittées dans un four spécifique. Dans le cas d’un modèle en céramique couleur, il est préférable de vernir la pièce pour raviver ses couleurs et augmenter sa résistance mécanique.

Après l’impression, il faut retirer la pièce du surplus de poudre (crédits photo : 3D Hubs)

Les matériaux compatibles avec l’impression 3D par liage de poudre

La technologie de projection de liant est largement utilisée avec des matériaux céramiques et tout type de poudre qui s’y approche comme le plâtre. Elle est même compatible avec du sable qui ne nécessitera pas de post-traitement supplémentaire. En ce qui concerne les métaux, il est possible de fabriquer des pièces avec différents types d’alliages  tels que les aciers inoxydables 420SS / BR et 316, le titane et d’autres comme l’Inconel 625 ou le cuivre. De plus en plus, on observe un développement côté polymères thermoplastiques et polyamides.

Les matériaux compatibles sont assez larges (crédits photo : ExOne)

Acteurs et applications

La technologie d’impression 3D par liage de poudre permet de produire des pièces métalliques ou des prototypes de couleur à un coût inférieur à celui observé sur le DMLS ou le jet de matière – la porosité des pièces est toutefois supérieure, ce qui peut affecter les propriétés mécaniques du composant. Cette technologie est particulièrement appréciée pour développer des pièces en série en raison du grand volume d’impression de la plupart des machines.

À l’heure actuelle, le principal fabricant d’imprimantes 3D utilisant ce procédé avec des matériaux céramiques reste 3D Systems – il utilise le terme ColorJet Printing. Il existe d’autres fabricants comme l’allemand Voxeljet AG, avec des machines qui impriment avec des thermoplastiques, mais aussi le néerlandais CONCR3DE. Récemment, la société taïwanaise ComeTrue a fait son apparition, proposant des imprimantes 3D de bureau par liage de poudre. En ce qui concerne les machines compatibles avec du métal, le leader reste ExOne, rejoint par d’autres acteurs comme le suédois Höganäs.

Une pièce imprimée avec la technologie ColorJet Printing (crédits photo : 3D Systems)

Enfin, la technologie d’impression 3D par liage de poudre se rapproche beaucoup du procédé Multi Jet Fusion développé par HP. Depuis son arrivée sur le marché de la fabrication additive en 2016, l’entreprise multiplie les possibilités grâce à sa technologie : elle a commencé par les matériaux plastiques et plus particulièrement les polyamides, puis s’est penchée sur l’impression 3D couleur et a récemment annoncé son arrivée sur le marché de l’impression 3D métal.

Dans la vidéo suivante, l’équipe de CegepTR nous en dit un peu plus sur la technologie par liage de poudre :

Retrouvez nos dossiers sur les différentes technologies d’impression 3D ICI

*Crédits photo de couverture : ExOne

Utilisez-vous l’impression 3D par liage de poudre ? Partagez votre opinion en commentaire de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives.