Leçon 8.5FaçonnerChapitre 8 · Fabrication additive

Projection de liant (binder jetting)

Des têtes jet d'encre collent la poudre, puis la pièce est durcie ou frittée (binder jetting)

La projection de liant construit une pièce en étalant de fines couches de poudre et en imprimant sur chacune un liquide collant, appelé liant, avec une tête jet d'encre. Cela ressemble beaucoup à une imprimante de bureau, mais avec de la poudre à la place du papier. Elle compte car c'est l'un des moyens les plus rapides d'imprimer des pièces métalliques en lots, et les fonderies l'utilisent pour imprimer des moules en sable pour la coulée.

Photo : Oak Ridge National Laboratory, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Bac de fabrication en projection de liant en coupe, avec dépoudrage et frittage au fourLes numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous ; les étapes 2 à 4 se répètent à chaque couche.

Comment ça marche

Découper le modèle en tranches. Un logiciel découpe le modèle 3D en fines couches. Les pièces peuvent être tassées et empilées, car la poudre les soutient.
Étaler une couche. Le piston d'alimentation monte et un racleur (un rouleau ou une lame) étale une fine couche régulière de poudre, typiquement 0,05–0,1 mm pour le métal.
Projeter le liant. Une tête d'impression jet d'encre balaie la surface et dépose de minuscules gouttes de liant seulement là où doit se trouver la tranche de la pièce. Les grains collés tiennent ensemble ; les autres restent libres.
Descendre et répéter. Le bac descend d'une couche et le cycle se répète jusqu'à ce que le bac soit plein. Ni laser ni chaleur ne sont nécessaires pendant l'impression.
Durcir et dépoudrer. Le bac est chauffé pour durcir le liant, puis la poudre libre est brossée et soufflée, et réutilisée. Les pièces « vertes » collées sont fragiles, comme de la craie.
Fritter au four. Les pièces métalliques vont dans un four près de leur point de fusion, où le liant brûle et où les grains se soudent entre eux. La pièce rétrécit d'environ 15–20 % dans chaque direction en se densifiant.

Chiffres clés

Matériaux: Aciers inoxydables, aciers à outils, cuivre et autres métaux ; sable de fonderie ; céramiques ; plâtre pour des maquettes en couleurs
Pièces typiques: Petites pièces métalliques en lots, moules et noyaux en sable pour la coulée, pièces en céramique, figurines en couleurs
Taille de pièce: Pièces métalliques en général de la taille d'un poing ou plus petites ; les imprimantes à sable construisent des bacs jusqu'à plusieurs mètres de long
Précision: Métal : environ ±1–2 % après frittage à cause du retrait ; moules en sable : environ ±0,3 mm
État de surface: Mate et légèrement granuleuse, comme une pièce de fonderie fine ; souvent sablée ou polie
Taille de série adaptée: De centaines à dizaines de milliers de petites pièces métalliques ; de la pièce unique aux petites séries pour les moules en sable
Coût d'outillage et de machine: Pas d'outillage ; les machines plus les fours coûtent de quelques centaines de milliers à plus d'un million de dollars
Vitesse: L'impression est rapide, souvent quelques heures par bac plein, mais le durcissement et le frittage ajoutent un jour ou plus

Atouts et limites

Atouts

Impression rapide d'un bac entier de pièces, sans supports
Pas de chaleur pendant l'impression, donc ni gauchissement ni contraintes résiduelles
Imprime des moules et des noyaux en sable sans modèle, directement à partir d'un fichier
Coût par pièce métallique plus bas que la fusion laser sur lit de poudre à volume élevé

Limites

Les pièces rétrécissent pendant le frittage, ce qui rend les tolérances serrées difficiles
Les pièces vertes sont fragiles et demandent une manipulation soigneuse
Une certaine porosité peut subsister, donc la résistance peut rester en dessous de celle d'un métal entièrement fondu
Les parois minces et les grandes pièces plates peuvent s'affaisser ou se déformer dans le four

Où on l'utilise

FonderiesMoules et noyaux en sable pour blocs-moteurs, corps de pompes, prototypes
AutomobilePetites équerres et raccords métalliques ; moules pour pièces coulées
Biens de consommationPièces en acier pour serrures, outils et lunetterie, en lots
IndustrieRoues de pompes, buses, pièces en céramique
Art et designFigurines en couleurs et maquettes d'architecture en plâtre

Comment le reconnaître

Une surface mate et légèrement granuleuse, un peu comme une pièce de fonderie fine ou un métal fritté.
Pas de traces de supports, et des pièces aux arêtes légèrement adoucies.
Sur les moules en sable, une texture sableuse et friable avec de faibles marches d'escalier sur les courbes.
De très petites pièces métalliques produites en grands lots identiques.

À comparer avec

Fusion laser sur lit de poudre8.4fait fondre la poudre métallique avec un laser au lieu de la coller ; pièces plus denses sans retrait, mais plus lent et plus coûteux.Moulage par injection de métal (MIM)9.2produit aussi des pièces vertes qui sont frittées ; demande un moule, mais est moins cher à très grand volume.Moulage en sable1.1la projection de liant peut imprimer ses moules directement, sans modèle en bois ni en métal.

À regarder

Mars Gadgets · Couche de poudre, liant jet d'encre et frittage, pour les débutants

AM Media | The Cool Parts Show · Des journalistes du secteur sur la projection de liant et son étape de frittage

CATI: Computer Aided Technology is now GoEngineer · Une démo d'imprimante, avec dépoudrage de pièces vertes

voxeljet · Moules et noyaux en sable imprimés, puis métal coulé

Voir de vraies photos

Wikipédia : Projection de liant — étapes du procédé, matériaux et histoire ; surtout du texte
Wikipédia : Procédés d'impression 3D — la projection de liant comparée aux autres procédés additifs
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

La projection de liant colle la poudre avec des gouttes jet d'encre, couche par couche, sans chaleur pendant l'impression.
Les pièces métalliques sortent fragiles et doivent être frittées au four, où elles rétrécissent.
Elle convient aux lots de petites pièces métalliques et aux moules en sable imprimés pour la coulée.