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Laser Metal Fusion – avantages, principes de fonctionnement et applications de la technologie additive

Laser Metal Fusion (LMF), en français « fusion au laser sur lit de poudre» est un procédé de fabrication additive, qui permet d'assembler une pièce progressivement dans un lit de poudre. Pour ce faire, un laser fait fondre la poudre métallique exactement aux points où les données de conception CAO du composant spécifient les couches de matériau. C'est pourquoi on parle souvent d'impression 3D sur métal ou d'impression 3D métal, et que les termes de frittage laser et de fusion laser sont également familiers dans l'industrie. Ce procédé convient parfaitement à la fabrication en série de pièces à la géométrie complexe, avec des cavités et des conduits intérieurs extrêmement fins, qui ne peuvent pas être produites, ou pas avec un bon rendement, à l'aide de procédés conventionnels tels que le tournage ou le fraisage. L'impression industrielle 3D produit des composants d'une grande stabilité et d'un faible poids - particulièrement avantageux pour les constructions légères ou les implants et prothèses faits sur mesure. D'autre part, la technologie Laser Metal Fusion est une méthode de fabrication durable, dans la mesure où il n'y a pas de copeaux et donc peu d'excès de matière par rapport aux procédés ablatifs. Avec près de deux décennies d'expérience dans la technologie des additifs, TRUMPF propose des solutions complètes prêtes à l'emploi pour le procédé sur lit de poudre - comprenant des machines, des services et la numérisation à partir d'une seule source. De l'identification de la pièce au produit fini et au-delà - nous couvrons pour vous toute la chaîne du processus.

Intégration fonctionnelle

Le procédé Laser Metal Fusion permet aux utilisateurs de fabriquer directement des composants fonctionnels à partir de modèles CAO 3D, par ex. des structures flexibles ou rotatives.

Refroidissement à proximité du contour

Le procédé Laser Metal Fusion permet de fabriquer des composants refroidis au plus près de leurs contours. Ces derniers dissipent la chaleur à l'endroit même où celle-ci est générée.

Structures en treillis

La fabrication additive permet de concevoir des structures extrêmement fines présentant un agencement complexe.

Design pour la fabrication additive

Liberté de conception : avec l'impression 3D métal, c'est la conception qui détermine la fabrication du composant, contrairement aux procédés de production conventionnels.

Productivité

Avec l'impression 3D sur métal, les temps de préparation sont pratiquement inexistants. L'option Multilaser et les composants d'automatisation vous permettent d'augmenter encore l'efficacité de votre fabrication.

Efficacité

Le système industriel de manipulation des pièces et de la poudre TRUMPF permet d'augmenter la rentabilité de votre fabrication.

Propreté

Un circuit de poudre fermé assure un environnement de production propre et sûr.

Le procédé Laser Metal Fusion expliqué en quelques mots

A la base du procédé Laser Metal Fusion, il y a le modèle 3D virtuel du composant. Durant la préparation des données, les données de conception sont transformées en un fichier de tâches de construction lisible par la machine. Les composants sont alors positionnés sur la plaque de substrat, et des structures d'appui sont mises en place si nécessaire. Pour le processus d'impression, les  composants sont subdivisés en différentes couches (« slices ») et les trajectoires laser correspondantes sont définies (« hatches »). Enfin, la construction de la pièce couche après couche se déroule sous gaz de protection sur une plaque de substrat, dans la chambre de traitement. Dans la chambre, les cylindres de stockage, de construction et de trop-plein sont placés côte à côte sur un axe. L'applicateur pousse la poudre du cylindre de réserve sur le cylindre de construction (1). Ensuite, le laser fond la première couche de poudre en épousant le contour de la pièce et en la fusionnant à la couche située en dessous (2). A l'étape suivante, le cylindre de construction descend d'une couche (3). Le composant est pour ainsi dire construit dans le lit de poudre. L'excédent de poudre tombe dans le cylindre de trop-plein. Ce processus est répété jusqu'à génération complète du composant. Pour augmenter la productivité, TRUMPF place plusieurs lasers dans ses systèmes, qui travaillent simultanément. On parle ici de principe multilasers. La pièce finie est finalement débarrassée de la poudre métallique dans une station de déballage. Ensuite, le composant est séparé de la plaque, les éventuelles structures d'appui sont enlevées et la pièce est retouchée si nécessaire.

Le mode de fonctionnement du procédé Laser Metal Fusion (frittage laser) expliqué en un schéma.

Le principe de fonctionnement de l'impression 3D métal en bref.


Applications et domaines d'utilisation : aussi variés que la technologie elle-même

Fabrication additive d'implants crâniens individuels en titane

Implant crânien

La technologie Laser Metal Fusion répond aux exigences de qualité et de sécurité élevées en matière de fabrication d'appareils médicaux et d'implants. L'implant crânien personnalisé illustré a, par exemple, été réalisé en titane en 8 heures 45 minutes avec près de 5 000 couches.

Lightweight design of a mounting bracket generated with a TruPrint 1000

Équerre de montage

Dans l'industrie aérospatiale, la construction légère avec un bon flux de force à l'intérieur de la pièce est d'une importance capitale. Cette conception dite optimisée du point de vue topologique peut être facilement réalisée grâce au procédé par poudrage - comme dans le cas de l'équerre de montage illustrée pour portes d'avion, qui a été montée en 8 heures et sur près de 2 700 niveaux.

Bloc hydraulique fabriqué de manière générative à l'aide des machines TruPrint de TRUMPF

Bloc hydraulique

Le bloc hydraulique représenté sert à raccorder la vanne de régulation au vérin hydraulique. S'il est fabriqué selon la méthode Laser Metal Fusion, son volume total peut être réduit de 80 % et la perte de pression de 93 % - sans perte de fonction. Le montage est réalisé sans structures de support et a été fini en 11 heures.

Distributeur de coulée

Avec un procédé conventionnel, cinq pièces individuelles seraient nécessaires pour fabriquer ce distributeur de coulée. Avec la fusion laser basée sur lit de poudre, vous fabriquez directement le composant fini. Des canaux de régulation de température complexes à proximité du contour peuvent être facilement générés via LMF. En outre, les clients bénéficient de temps de cycle réduits et de processus de production stables thermiquement avec un taux de rebut minimal. Le distributeur de coulée illustré a été fabriqué en 70 heures.

Support d'axe

Dans l'industrie automobile, des prototypes complexes et fonctionnels peuvent être assemblés rapidement et sans outils à l'aide de la fusion laser sur lit de poudre. La fabrication additive de cette traverse d'essieu au design et à la topologie optimisés a duré cinq heures.

Dental product produced with the TruPrint 1000

Produit dentaire

Le secteur dentaire bénéficie également des nombreux avantages de la fabrication additive. Couche par couche, les matériaux biocompatibles peuvent être utilisés pour construire un nombre illimité d'indications complexes avec une grande précision et en un temps record. La plaque dentaire avec couronnes dentaires présentée ici a été fabriquée en six heures avec environ 1 200 couches.

Composant issu du domaine R&D

La tâche de construction représentée est utilisée pour le développement d'applications ou de paramètres. Une fois détachées de la plaque de substrat, les tiges longues seront utilisées pour des essais de traction. Elles permettront de contrôler la résistance et la capacité de déformation du composant. Après avoir été détachés et affûtés, les autres composants carrés sont scrutés au microscope à la recherche d'éventuels défauts infimes. Dans les deux cas, l'enjeu est l'assurance qualité des composants.

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Quels produits conviennent au procédé Laser Metal Fusion ?

Laser Metal Fusion (LMF)

Le procédé Laser Metal Fusion est souvent désigné comme impression 3D métallique, Power Bed Fusion (fusion en lit de poudre) ou Selective Laser Melting (fusion sélective au laser). Le laser construit la pièce couche par couche à partir d'un lit de poudre. Le plan de construction un modèle CAO. Des outils ne sont pas nécessaires. La poudre est appliquée sur une plate-forme de construction. Le faisceau laser fait fondre la poudre selon les données CAO avec précision et relie les points définis à la couche sous-jacente. Le laser répète ce processus jusqu'à ce que la pièce métallique soit finie. La pièce à usiner possède les propriétés du matériau utilisé sous forme de poudre. Un grand nombre de matériaux métalliques sous forme de poudre, tels que l'acier, l'aluminium ou le titane, peuvent être utilisés.

Génération de composants à l'aide de Laser Metal Fusion

Avantages du Laser Metal Fusion

La technologie Laser Metal Fusion combinée aux procédés de fabrication traditionnels possède toute une série d’avantages. La liberté en matière de design est pratiquement illimitée. Il est ainsi possible de réaliser, de manière rapide, flexible et économique, des formes complexes et des composants individuels. Le Laser Metal Fusion offre des solutions là où l’usinage conventionnel touche à ses limites, et propose une fabrication économique, même pour des lots de petite taille.

Radial turbine blower built with TruPrint 3000 (LMF)

Domaines d’utilisation

Les composants fabriqués avec ce procédé répondent aux exigences maximales en termes de matériau et conviennent ainsi aux tâches exigeantes. Une grande stabilité et un faible poids rendent ce procédé particulièrement intéressant pour la construction allégée et les structures bioniques utilisées, par exemple, dans les secteurs de la construction aéronautique et spatiale, de l’automobile et des technologies médicales.

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