Présentation du DMLS

Jack Lie Expert en usinage CNC

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Qu'est-ce que le DMLS

DMLS est l'abréviation de Direct Metal Laser Sintering, qui est un processus de fabrication additive métallique appartenant à l'impression 3D par fusion sur lit de poudre. Dans le processus DMLS, un système laser balayera et fusionnera sélectivement des particules de poudre métallique, les liera ensemble pour construire des pièces couche par couche. Les matériaux utilisés dans ce procédé sont du métal sous forme granulaire. Ces matériaux ont des points de fusion variables, qui peuvent fusionner au niveau moléculaire à des températures élevées. La technologie DMLS est appliquée pour la production d'alliages métalliques. Nous décrirons le mécanisme de base du processus DMLS, ainsi que ses avantages et ses limites dans cet article.

Comment fonctionne le DMLS

Processus de fabrication DMLS :

  1. La chambre de construction est remplie d'un gaz d'insert comme l'argon, afin de minimiser l'oxydation de la poudre métallique à une température de construction optimale.
  2. Une fine couche de poudre métallique est étalée sur la plate-forme de construction, puis le système laser balaye la section transversale du composant, fondant ou fusionnant la poudre métallique pour créer une nouvelle couche. Lorsque toute la zone du modèle est numérisée, les pièces finales sont entièrement solides.
  3. Une fois le processus de numérisation terminé, la plate-forme de construction se déplacera vers le bas dans une épaisseur de couche, puis recouvrira une autre fine couche de poudre métallique. Ce processus est répété jusqu'à ce que la partie entière soit terminée.

Une fois ce processus de fabrication terminé, les pièces sont encapsulées dans de la poudre métallique. La structure de support est créée avec le même matériau que les pièces, il est nécessaire d'éviter le gauchissement et la distorsion à haute température de traitement.

Ensuite, la plate-forme de construction refroidira à température ambiante, la puissance métallique restante sera supprimée manuellement. Les pièces imprimées sur une plate-forme de fabrication nécessiteront un traitement thermique pour soulager les contraintes résiduelles. Enfin, des méthodes de coupe ou d'usinage sont utilisées pour détacher les composants finaux.

Caractéristiques DMLS

Paramètres de l'imprimante DMLS

Dans DMLS, presque tous les paramètres de processus sont définis par le fabricant de la machine. La hauteur de la couche dans le DMLS varie entre 20 et 50 microns, ce qui dépend des propriétés de la poudre métallique telles que la fluidité, la distribution de la taille de puissance, les formes.

La taille typique du système DMLS est de 250 × 150 × 150 mm, la précision dimensionnelle est d'environ ± 0,1 mm. DMLS est largement poursuivi pour la production de petits lots, car les pièces sont toujours attachées aux plates-formes de construction, il est limité par la zone d'impression dans les directions X et Y.

La poudre métallique dans DMLS est hautement recyclable, seulement moins de 5% est gaspillé. Après le processus d'impression, la poudre non frittée sera collectée, tamisée puis remplie de matériaux frais pour la prochaine impression. Le seul déchet est le structure de support, ce qui est crucial pour la réussite des pièces finales. Cela augmentera considérablement la quantité de matériaux et le coût.

Adhérence de couche

Les pièces DMLS ont des propriétés mécaniques et thermiques presque isotropes, il y a très peu de porosité interne sur la surface solide, la porosité est inférieure à 0,2 à 0,5% à l'état brut de frittage. Après le traitement thermique, cela se réduira à presque zéro. Les pièces DMLS ont des propriétés mécaniques supérieures et une dureté plus élevée, mais elles sont plus sujettes à la fatigue. En raison de la forme granulaire de la poudre métallique, la rugosité de surface des pièces DMLS est d'environ 6 à 10 microns. Cela détermine également la plus faible résistance à la fatigue des pièces finales.

Structure de support et orientation des pièces

Structure de support est nécessaire dans le processus DMLS, en raison de la température de traitement élevée.

Fonctions de la structure de support DMLS :

  1. Fournir une plate-forme appropriée pour la couche suivante.
  2. Pièces d'ancrage pour construire la plaque, afin d'éviter le gauchissement.
  3. Éloignez la chaleur des pièces imprimées comme les dissipateurs de chaleur, contrôlez la vitesse de refroidissement à une vitesse appropriée.

Les pièces DMLS doivent être orientées avec un angle pour minimiser la probabilité de déformation et maximiser la résistance dans les directions critiques. Il ne fait aucun doute que cela augmentera le temps d'impression, le gaspillage de matériel et le coût total. Le gauchissement peut également être minimisé par des motifs de balayage aléatoires, cela empêchera les contraintes résiduelles dans des directions particulières et ajoutera également une texture de surface caractéristique.

En raison du coût élevé du DMLS, des simulations sont utilisées pour prédire le comportement d'impression. Les algorithmes d'optimisation de la topologie peuvent être utilisés pour maximiser les performances mécaniques et créer des pièces légères, minimiser le besoin de structure de support et la probabilité de déformation.

Sections creuses et structure légère

DMLS ne peut pas utiliser de grandes sections creuses car le retrait difficile de la structure de support. Pour les canaux internes d'un diamètre supérieur à 8 mm, nous recommandons d'appliquer des sections transversales en diamant ou en larme au lieu de circulaires, car ces caractéristiques ne nécessitent aucune structure de support.

La conception de la peau et des noyaux dans DMLS est une alternative aux sections creuses. Cette conception peut être traitée avec différentes poudres laser et différentes vitesses de balayage, afin de créer différentes propriétés de matériau. Ce processus est très utile pour la fabrication de grandes sections solides, il réduira le temps d'impression et la probabilité de déformation, et produira des pièces avec une stabilité élevée et une excellente qualité de surface.

La structure en treillis est une stratégie courante dans DMLS pour réduire le poids des pièces, les algorithmes d'optimisation de la topologie peuvent aider à la conception de formes organiques légères.

Matériaux DMLS courants

DMLS peut produire diverses pièces à partir d'une large gamme d'alliages métalliques, notamment l'aluminium, l'acier inoxydable, le titane et le cobalt-chrome. Ces matériaux répondront à la plupart des exigences des applications industrielles. Le coût de la poudre métallique est très élevé, nous devons donc minimiser le volume des pièces et la structure de support.

La principale force du DMLS est sa compatibilité avec les alliages métalliques à haute résistance, comme les superalliages de nickel ou de cobalt-chrome, ces alliages sont difficiles à fabriquer avec les méthodes traditionnelles. La technologie DMLS permettra d'économiser beaucoup de temps et d'argent et peut être post-traitée pour obtenir des finitions de surface élevées.

MatérielLes caractéristiques
AvantagesDésavantages
Alliages d'aluminiumBonnes propriétés mécaniques et thermiquesFaible densitéBonne conductivité électriqueFaible dureté
Acier inoxydableHaute résistance à l'usureGrande duretéBonne ductilité et soudabilité
Alliages de titaneRésistance à la corrosionExcellent rapport résistance/poidsBio-compatible
Superalliages cobalt-chromeExcellente résistance à l'usure et à la corrosionExcellentes propriétésHaute duretéBiocompatible
Superalliages de nickelExcellentes propriétés mécaniquesHaute résistance à la corrosionRésistance à la température à 1200℃
Métaux précieuxDemande de bijouxPas largement disponible

Post-traitement

Diverses technologies de post-traitement sont appliquées pour améliorer les propriétés, la précision et l'apparence des pièces DMLS. Les étapes de post-traitement obligatoires comprennent l'élimination de la poudre libre, l'élimination de la structure de support, tandis qu'un traitement thermique comme le recuit thermique est utilisé pour soulager les contraintes résiduelles et améliorer les propriétés mécaniques. Usinage CNC peut être appliqué pour des caractéristiques cruciales telles que des trous ou des filetages. Le sablage, le placage de métal, le polissage et le micro-usinage amélioreront la qualité de surface des pièces et la résistance à la fatigue.

Avantages DMLS & Limites

Avantages DMLS :

  1. DMLS peut produire des pièces sur mesure avec des géométries complexes, que les méthodes de fabrication traditionnelles sont incapables de produire.
  2. Les pièces DMLS peuvent être topologiquement optimisées pour maximiser les performances et minimiser le poids total.
  3. Les pièces DMLS ont d'excellentes propriétés physiques, les matériaux disponibles incluent un métal superallié, difficile à traiter.

Limites DMLS :

  1. Le matériau DMLS et le coût de fabrication sont très élevés, il ne convient pas à une fabrication facile avec des méthodes traditionnelles.
  2. La taille de construction DMLS est limitée, car les conditions de production et le contrôle des processus sont précis.
  3. Un ajustement de la conception est nécessaire pour s'adapter au processus DMLS.