L'une des technologies de fabrication additive les plus précises sur le marché est l'imprimante 3D à lit de poudre, qui utilise plusieurs techniques pour faire fondre ou fritter des matériaux en poudre en couches successives pour former des composants complets. Ces imprimantes utilisent des fichiers CAO qui sont découpés à l'aide d'un logiciel de découpage, puis passés dans l'imprimante 3D.

Deux technologies bien connues de fusion sur lit de poudre sont la fusion par faisceau d'électrons (EBM) et la fusion sélective par laser (SLM), qui utilisent des poudres d'alliage métallique pour l'impression. Elles permettent toutes deux de former des sections solides et épaisses à partir de poudres métalliques, bien qu'elles présentent de nombreuses différences en ce qui concerne leur méthode et leurs capacités.

Définition de l'EBM (fusion par faisceau d'électrons)

L'EBM est une technique de fabrication additive qui utilise un faisceau d'électrons généré par un canon à électrons dirigé par des champs magnétiques. Ce système a été inventé par Arcam (qui a été racheté par GE) en collaboration avec l'université de technologie de Chalmers en 1993.

Principales caractéristiques du processus EBM

• Utilise un filament de tungstène surchauffé pour émettre des électrons dans une chambre à vide.
• Les électrons voyagent à environ la moitié de la vitesse de la lumière.
• Peut atteindre des températures allant jusqu'à 2 000°C
• Le faisceau d'électrons peut être dirigé à des vitesses allant jusqu'à 8 000 mm/s
• Nécessite une chambre à vide pour éviter l'oxydation
• Utilise des électrons énergisés au lieu de photons (comme les lasers)

Matériaux EBM

EBM imprime uniquement les métaux et alliages conducteurs, y compris :

• Titane et alliages de titane (Ti6AL4V)
• Tantale
• Acier inoxydable
• Acier à outils
• Chrome cobalt (CoCrMo)
• Cuivre
• Alliages de nickel (Inconel® 718)

SLM (Selective Laser Melting) Définition

Le SLM est une technologie de fusion sur lit de poudre qui utilise des lasers à fibre de haute puissance pour faire fondre sélectivement la poudre de métal. Inventée en 1995 et commercialisée par SLM Solutions, la technologie SLM peut utiliser jusqu'à 12 lasers puissants simultanément.

Principales caractéristiques du processus SLM

• Utilise des lasers à fibre de haute puissance (typiquement 1000W par laser)
• Fusion complète du matériau au lieu d'un simple frittage
• Fonctionne dans une chambre remplie de gaz inerte (pas sous vide)
• Hauteur des couches de 20 à 50 microns
• Possibilité de régler la largeur du faisceau pour optimiser la vitesse ou la précision

Matériaux SLM

Le SLM dispose d'une plus large gamme de matériaux, y compris :

• Métaux purs comme le titane
• Acier à outils
• Cuivre
• Acier inoxydable
• Chrome cobalt
• Aluminium et alliages d'aluminium
• Métaux précieux
• La plupart des alliages à base de fer, de nickel, de cobalt et de cuivre

Comparaison détaillée | EBM vs SLM

Différences technologiques

Comparaison des performances | EBM vs SLM

Vitesse

Avantages de l'EBM: Imprime plus rapidement que le SLM à faisceau unique grâce à un faisceau plus large et à un positionnement rapide.

Réponse de SLM: Les systèmes SLM à faisceaux multiples (jusqu'à 12 lasers) peuvent égaler ou dépasser la vitesse de l'EBM.

Précision et état de surface

Avantages de la SLM: Meilleure précision dimensionnelle, finition de surface supérieure, résolution de couche plus fine

Inconvénients de l'EBM : Finition de surface plus rugueuse en raison de la plus grande largeur du faisceau, nécessitant davantage de post-traitement.

Volume de construction

EBM: Limité à 350 mm de diamètre × 430 mm de hauteur (cylindrique)

SLM: Jusqu'à 600 × 600 × 600 mm (possibilité de pièces individuelles plus grandes)

Propriétés et applications des matériaux

Caractéristiques des pièces

• Les deux technologies produisent :
• Pièces à haute densité
• Excellentes propriétés mécaniques
• Propriétés des matériaux isotropes
• Composants solides et légers

Spécifique à l'EBM :

• Moins de contraintes internes
• Traitement thermique rarement nécessaire
• Taux de recyclage de la poudre jusqu'à 98%

Spécifique au SLM :

• Faible porosité
• Contraintes internes plus élevées (nécessite souvent un traitement thermique post-construction)
• Bonne précision dimensionnelle

Applications industrielles

Applications EBM :

• Aérospatiale (pales de turbine)
• Médical (implants orthopédiques)
• Composants automobiles
• Applications de défense
• Industrie pétrochimique

Applications SLM :

• Aérospatiale
• Automobile
• Soins médicaux et dentaires
• Outillage industriel
• La construction
• Bijoux
• Assemblages complets (pas seulement des composants)

Avantages et inconvénients | EBM vs SLM

Avantages de l'EBM :

• Vitesse d'impression plus rapide (faisceau unique)
• Températures de fusion plus élevées (jusqu'à 2 000°C)
• Moins de structures de soutien nécessaires
• Réduction des contraintes internes
• Excellentes propriétés mécaniques
• Taux élevé de recyclage des poudres
• Possibilité de séparer le faisceau en plusieurs endroits simultanément

Inconvénients de l'EBM :

• Limité aux matériaux conducteurs uniquement
• Nécessite une chambre à vide (complexité accrue, taille limitée)
• Moins de précision des produits
• Finition de surface rugueuse nécessitant un post-traitement
• Machines et matériaux coûteux
• Technologie propriétaire
• Nécessite des techniciens hautement qualifiés
• Limité aux petites pièces
• Période de refroidissement requise

Avantages de la SLM :

• Plus large gamme de matériaux
• Meilleure précision dimensionnelle
• Finition de surface supérieure
• Volumes de construction plus importants
• Possibilité d'imprimer des assemblages entiers
• L'opérateur peut régler la largeur du faisceau en fonction de la vitesse et de la précision.
• Plusieurs options laser pour une vitesse accrue

Inconvénients de la SLM :

• Impression plus lente (systèmes à faisceau unique)
• Contraintes internes plus élevées
• Nécessite un traitement thermique après construction
• Machines d'entrée de gamme plus chères 

Technologies alternatives

Frittage direct de métaux par laser (DMLS)

Frittage direct de métaux par laser Semblable au SLM, mais utilisant plusieurs lasers à faible énergie, il offre une précision supérieure et une meilleure résolution que l'EBM et le SLM, bien qu'avec une densité plus faible.

Dépôt d'énergie dirigée (DED)

Peut imprimer des métaux, des polymères et des céramiques à l'aide de filaments ou de poudre. Permet de fabriquer rapidement des produits de plus grande taille et de traiter plusieurs matériaux.

Frittage sélectif par laser (SLS)

Frittage sélectif par laser est très similaire au SLM mais imprime avec des matériaux plastiques plutôt que métalliques.

Résumé

L'EBM et la SLM sont toutes deux des technologies d'impression 3D de métaux par fusion sur lit de poudre qui utilisent des sources de chaleur à haute intensité pour faire fondre la poudre de métal et produire des produits solides et denses. Le choix de l'une ou l'autre de ces technologies dépend d'exigences spécifiques :

Choisissez l'EBM quand :

• La vitesse est la priorité
• Travail avec des matériaux réfractaires/conducteurs
• La minimisation du stress interne est importante
• Le traitement thermique doit être évité

Choisissez SLM quand :

• La précision et l'état de surface sont essentiels
• La variété des matériaux est nécessaire
• Des pièces plus grandes ou des assemblages complets sont nécessaires
• Une résolution plus élevée est nécessaire

Les deux technologies continuent d'évoluer, le SLM gagnant du terrain grâce à des systèmes multi-laser qui offrent les mêmes avantages en termes de vitesse que l'EBM, tout en conservant une précision supérieure et une plus grande flexibilité des matériaux.

FAQ

En quoi l'EBM et le SLM diffèrent-ils par la source de chaleur qu'ils utilisent ?

L'EBM utilise un faisceau d'électrons, tandis que le SLM utilise un laser pour faire fondre les poudres métalliques.

Quel procédé fonctionne dans une chambre à vide ?

L'EBM fonctionne sous vide, tandis que le SLM fonctionne dans une atmosphère de gaz inerte.

Quels sont les métaux couramment traités par EBM et SLM ?

L'EBM est souvent utilisé pour le titane et les alliages cobalt-chrome ; le SLM fonctionne avec une gamme plus large comprenant les aciers inoxydables et l'aluminium.

Comment se comparent l'état de surface et la précision ?

Le SLM produit généralement des finitions de surface plus fines et des pièces à plus haute résolution que l'EBM.

Quel processus permet généralement d'obtenir des cadences de production plus rapides ?

L'EBM peut avoir des vitesses de construction plus rapides grâce à une densité d'énergie et une fusion de volume plus élevées.

Quelles sont les applications typiques de l'EBM par rapport à la SLM ?

L'EBM est populaire dans l'aérospatiale et les implants médicaux ; le SLM est utilisé dans l'automobile, l'aérospatiale et l'outillage.

Quel procédé permet d'obtenir des pièces présentant moins de contraintes résiduelles ?

Les pièces EBM ont tendance à avoir des contraintes résiduelles plus faibles en raison de l'environnement sous vide et du préchauffage.

Le post-traitement diffère-t-il entre EBM et SLM ?

Les deux requièrent un post-traitement similaire, mais les pièces obtenues par SLM peuvent nécessiter une finition de surface plus importante.

Quelle est la méthode la plus coûteuse ?

Les coûts varient, mais les machines et le fonctionnement de l'EBM sont généralement plus coûteux que ceux du SLM.