L’impression 3D par dépôt de matière sous énergie concentrée, on vous explique tout !

L’impression 3D par dépôt de matière sous énergie concentrée ou DED en anglais (Directed Energy Deposition) est un processus d’impression 3D complexe qui regroupe un ensemble de technologies variées, généralement utilisé pour réparer ou ajouter des matériaux supplémentaires aux composants existants. Il est tout à fait possible de fabriquer des pièces métalliques, céramiques ou plastiques avec cette technologie, couche par couche, mais celle-ci est souvent utilisée pour des applications industrielles telles que la réparation d’aubes de turbine ou d’hélices endommagées.

Tout comme les technologies de fusion sur lit de poudre, comme la fusion laser ou le faisceau d’électrons, le dépôt sous énergie concentrée utilise une source d’énergie focalisée, telle qu’un faisceau laser ou électronique, pour faire fondre le matériau. Cependant, le matériau est fondu en même temps qu’il est déposé par une buse. D’une certaine manière, cette technologie est à la frontière entre l’extrusion de matériaux et la fusion sur lit de poudre.

Crédits photo : BeAM

Elle est souvent référencée sous d’autres noms tels que LENS (Laser Engineered Net Shaping), Direct Metal Deposition  (DMD), Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM), CLAD (Construction Laser Additive Directe) en fonction de l’application ou de la méthode.

Comment fonctionne la technologie de dépôt de matière sous énergie concentrée ?

Comme pour toute technique d’impression 3D, la conception d’une pièce commence par la création du modèle 3D à l’aide d’un logiciel de CAO. La pièce est ensuite découpée en une multitude de couches par un logiciel de découpe, appelé slicer, représentant les différentes couches de matériau nécessaires à la fabrication de la pièce.

La technique consiste à déposer du matériau sur un plateau ou un composant en cours de réparation à l’aide d’une buse montée sur un bras à plusieurs axes (généralement 4 ou 5). Le matériau qui alimente la buse est fourni sous forme de poudre ou de fil. Lors du dépôt, une source de chaleur fait fondre le matériau simultanément, généralement à l’aide d’un laser, d’un faisceau d’électrons ou de plasma. Cette procédure est répétée jusqu’à ce que les couches se soient solidifiées et aient créé ou réparé un objet. 

Crédits photo : Dassault Systèmes

Dans le cas de systèmes basés sur un faisceau d’électrons, le processus doit être exécuté sous vide afin d’éviter que les électrons interagissent avec les molécules d’air ou soient déviés par celles-ci. Les systèmes à base de laser requièrent une chambre totalement inerte si vous travaillez avec des métaux réactifs, nécessitant une quantité importante de gaz et de temps pour atteindre les niveaux d’oxygène souhaités. Il est également possible d’utiliser une enveloppe de gaz de protection suffisante pour protéger le métal en cours de dépôt de toute contamination.

Matériaux et applications

Ce processus est généralement utilisé avec des métaux, sous forme de poudre ou de fil. Cependant, il est possible d’utiliser le dépôt d’énergie concentrée avec des polymères et des céramiques. AREVO utilise par exemple un filament de fibre de carbone pour fabriquer des pièces composites légères : le filament thermoplastique est fondu par une source de chaleur et compacté par un rouleau pour générer les couches de l’objet.

Crédits photo : Trumpf

En ce qui concerne les métaux, presque tous ceux qui sont soudables peuvent être imprimés en 3D par dépôt sous énergie concentrée. Cela comprend le titane et les alliages de titane, l’inconel, le tantale, le tungstène, le niobium, l’acier inoxydable, l’aluminium, etc. Le fil utilisé a généralement un diamètre compris entre 1 et 3 mm et la taille des particules de poudre est similaire à celle utilisée dans les procédés de métallurgie des poudres, à savoir entre 50 et 150 microns. 

Comme mentionné précédemment, l’une des applications uniques de cette technologie est qu’il est possible de réparer des pièces métalliques endommagées. Selon ASTM International : “Le dépôt sous énergie concentrée a la capacité de produire des pièces relativement grandes (volume de construction > 1000 mm³) nécessitant un outillage minimal et relativement peu de post-traitement. De plus, les procédés DED peuvent être utilisés pour produire des composants avec des gradients de composition ou des structures hybrides constituées de plusieurs matériaux ayant des compositions et des structures différentes.” 

Typiquement, le RAMLAB a utilisé la technologie DED pour fabriquer son hélice de bateau

Les principaux acteurs du marché

Aujourd’hui, le marché compte de nombreux fabricants d’imprimantes 3D à dépôt sous énergie concentrée. BeAM est l’un des principaux acteurs dans ce domaine et propose trois solutions : la Magic 80 et les Modulo 250 et 450, qui utilisent toutes des lasers comme source de chaleur. Parmi les autres fabricants de machines DED laser, citons Trumpf, Optomec, FormAlloy, DMG Mori, InssTek, Relativity, etc.

En ce qui concerne les systèmes de dépôt sous énergie concentrée reposant sur un faisceau d’électrons, on retrouve la technologie EBAM de Sciaky Inc., qui offre jusqu’à 5 machines différentes et la possibilité de créer votre système personnalisé. Evobeam GmbH est un autre fabricant. Enfin, parmi les fabricants d’imprimantes 3D à plasma, on retrouve notamment Norsk Titanium, WAAM, GEFERTEC, Prodways et Lincoln Electric.

Utilisez-vous l’impression 3D par dépôt de matière sous énergie concentrée ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives.