On a tous déjà construit des châteaux de sable sur la plage : des remparts imposants, des tours majestueuses, des douves pleines de requins. Si vous êtes comme moi, vous serez surpris de voir à quel point un peu d’eau colle bien ensemble – du moins jusqu’à ce que votre grand frère débarque et, dans un accès de joie destructrice, donne un coup de pied dedans.
L'entrepreneur Dan Gelbart utilise lui aussi l'eau pour lier les matériaux, bien que sa conception soit beaucoup plus durable qu'un spectacle de plage éphémère.
En tant que président et fondateur de Rapidia Tech Inc., fournisseur de systèmes d'impression 3D métal à Vancouver (Colombie-Britannique) et à Libertyville (Illinois), Gelbart a développé une méthode de fabrication de pièces qui élimine les étapes fastidieuses inhérentes aux technologies concurrentes tout en simplifiant considérablement le retrait des supports.
Cela permet également d'assembler plusieurs pièces aussi facilement qu'en les trempant dans un peu d'eau et en les collant ensemble, même pour des pièces fabriquées selon des méthodes traditionnelles.
Gelbart évoque certaines différences fondamentales entre ses systèmes à base d'eau et ceux utilisant des poudres métalliques contenant de 20 à 30 % de cire et de polymère (en volume). Les imprimantes 3D métal à double tête Rapidia produisent une pâte à partir de poudre métallique, d'eau et d'un liant résineux en proportions allant de 0,3 à 0,4 %.
De ce fait, explique-t-il, le processus de déliaison requis par les technologies concurrentes, qui prend souvent plusieurs jours, est éliminé et la pièce peut être envoyée directement au four de frittage.
Les autres procédés relèvent principalement de l'industrie traditionnelle du moulage par injection (MIM), qui exige que les pièces non frittées contiennent une proportion relativement élevée de polymère pour faciliter leur démoulage, a expliqué Gelbart. « Cependant, la quantité de polymère nécessaire pour lier les pièces destinées à l'impression 3D est en réalité très faible : un dixième de pour cent suffit dans la plupart des cas. »
Alors, pourquoi boire de l'eau ? Comme pour notre exemple de château de sable utilisé pour fabriquer de la pâte (de la pâte métallique dans ce cas), le polymère maintient les pièces ensemble pendant leur séchage. On obtient ainsi une pièce ayant la consistance et la dureté de la craie de trottoir, suffisamment résistante pour supporter l'usinage après assemblage, un usinage délicat (bien que Gelbart recommande un usinage après frittage), l'assemblage à l'eau avec d'autres pièces non finies, puis la cuisson au four.
L'élimination du dégraissage permet également d'imprimer des pièces plus grandes et aux parois plus épaisses, car lors de l'utilisation de poudres métalliques imprégnées de polymère, le polymère ne peut pas « brûler » si les parois de la pièce sont trop épaisses.
Gelbart a indiqué qu'un fabricant d'équipements exigeait des épaisseurs de paroi de 6 mm ou moins. « Prenons l'exemple d'une pièce de la taille d'une souris d'ordinateur. Dans ce cas, l'intérieur devrait être creux ou constitué d'une sorte de treillis. C'est idéal pour de nombreuses applications, notamment lorsque la légèreté est recherchée. Mais si une résistance mécanique est nécessaire, comme pour un boulon ou toute autre pièce à haute résistance, l'injection de poudre métallique (MIM) n'est généralement pas adaptée. »
Une photo d'un collecteur fraîchement imprimé révèle la complexité des mécanismes internes qu'une imprimante Rapidia peut produire.
Gelbart souligne plusieurs autres caractéristiques de l'imprimante. Les cartouches contenant de la pâte métallique sont rechargeables et les utilisateurs qui les renvoient à Rapidia pour être rechargées recevront des points pour toute matière non utilisée.
Divers matériaux sont disponibles, notamment l'acier inoxydable 316 et 17-4PH, l'INCONEL 625, la céramique et la zircone, ainsi que le cuivre, le carbure de tungstène et plusieurs autres matériaux en cours de développement. Les supports – élément essentiel de nombreuses imprimantes métal – sont conçus pour imprimer des substrats amovibles ou « évaporables » manuellement, permettant ainsi de réaliser des intérieurs autrement impossibles à reproduire.
Rapidia existe depuis quatre ans et, il faut bien le reconnaître, ne fait que commencer. « L’entreprise prend son temps pour régler les problèmes », a déclaré Gelbart.
À ce jour, lui et son équipe ont déployé cinq systèmes, dont un au Selkirk Technology Access Center (STAC) en Colombie-Britannique. Le chercheur Jason Taylor utilise la machine depuis fin janvier et a constaté de nombreux avantages par rapport à plusieurs imprimantes 3D déjà en service au STAC.
Il a souligné le grand potentiel de la technique d'« assemblage à l'eau » des pièces brutes avant frittage. Il maîtrise également les problématiques liées au dégraissage, notamment l'utilisation et l'élimination des produits chimiques. Bien que des accords de confidentialité empêchent Taylor de divulguer la plupart des détails de ses travaux, son premier projet pilote est quelque chose auquel beaucoup d'entre nous pourraient penser : un bâton imprimé en 3D.
« Le résultat est parfait », dit-il avec un sourire. « Nous avons fini la face, percé les trous pour l'axe, et je l'utilise déjà. Nous sommes impressionnés par la qualité du travail réalisé avec le nouveau système. Comme pour toutes les pièces frittées, il y a un léger retrait et même un petit défaut d'alignement, mais la machine est performante. Nous parvenons systématiquement à compenser ces problèmes lors de la conception. »
Le rapport sur la fabrication additive s'intéresse à l'utilisation des technologies de fabrication additive dans la production réelle. Aujourd'hui, les fabricants utilisent l'impression 3D pour créer des outils et des dispositifs de fixation, et certains y ont même recours pour la production en grande série. Leurs témoignages seront présentés ici.