Jetting de liant

Alors que de nombreuses technologies d’impression 3D s’appuient sur la chaleur, les lasers ou la lumière UV pour solidifier les matériaux, le procédé Binder Jetting adopte une approche totalement différente. C’est l’un des rares procédés de fabrication additive qui dissocie la phase d’impression de la phase de fusion, ce qui permet un débit plus rapide, une consommation d’énergie moindre et une production par lots à grande échelle. Des modèles conceptuels en couleur aux composants métalliques fonctionnels, le Binder Jetting modifie discrètement la façon dont les industries envisagent la fabrication additive, notamment en termes d’évolutivité et de rentabilité.

Qu’est-ce que la projection de liant ?

Le Binder Jetting est un procédé de fabrication additive dans lequel un liant liquide est déposé de manière sélective sur un lit de poudre pour lier les particules entre elles – couche par couche – jusqu’à ce que la pièce soit complète. Contrairement à de nombreuses autres méthodes d’impression 3D à base de poudre (comme SLS ou SLM), le Binder Jetting ne fait pas appel à des températures élevées ou à des lasers pour fusionner les matériaux. Au lieu de cela, la solidification se produit chimiquement, le liquide de liaison agissant comme une « colle » entre les particules de poudre.

Elle est donc fondamentalement différente de technologies telles que le Material Jetting, qui projette des photopolymères durcis par la lumière UV, ou le SLM/DMLS, qui fait fondre entièrement des poudres métalliques à l’aide d’un laser.

Comment fonctionne le procédé Binder Jetting ?

Le processus commence par une fine couche de poudre (métal, sable ou céramique) étalée sur une plate-forme de fabrication. Une tête d’impression, semblable à celle des imprimantes à jet d’encre, se déplace sur la couche, déposant sélectivement le liant à l’endroit où la pièce doit se solidifier. Une fois la couche terminée, la plate-forme s’abaisse, une nouvelle couche de poudre est étalée et le processus se répète.

Après l’impression, les pièces sont fragiles et nécessitent un post-traitement. Pour les métaux, cela comprend généralement le durcissement, le déliantage et le frittage dans un four, où les particules de poudre fusionnent sans être complètement fondues. Dans le cas des moules en sable ou des composants en céramique, la polymérisation seule peut suffire.

Matériaux de projection de liant

Cette technologie prend en charge une large gamme de matériaux, en fonction de l’application envisagée. Les catégories les plus courantes sont les suivantes

métaux : acier inoxydable, Inconel, cuivre, titane,
céramiques : silice, alumine,
sables : utilisés dans les noyaux et les moules de fonderie,
composites ou grès coloré : utilisés pour les modèles en couleur ou les prototypes à faible résistance.

En particulier, le jet de liant métallique a pris de l’ampleur dans les industries qui cherchent à produire des pièces à haut débit et à faible coût sans la complexité des lasers ou des systèmes en boucle fermée.

Avantages et inconvénients de la projection de liant

Principaux avantages

– aucune structure de support n’est nécessaire : le lit de poudre supporte naturellement les surplombs,

– impression à grande vitesse : grâce à la tête d’impression à large couche et à l’absence de chauffage,

– grands volumes de construction : plus économique pour la production par lots,

– contraintes thermiques moindres : déformation ou contraintes résiduelles minimales

Considérations

– nécessite un post-traitement : le frittage ou l’infiltration peuvent entraîner un rétrécissement,

– les pièces vertes sont fragiles : la manipulation doit se faire avec précaution avant le durcissement,

– porosité et résistance : les propriétés finales dépendent fortement de la qualité du frittage,

– ne convient pas à toutes les géométries : certaines caractéristiques internes peuvent s’effondrer pendant le frittage

Jetting de liant vs. Jetting de matériau

Malgré la similitude des noms, le Binder Jetting et le Material Jetting sont complètement différents. Le Material Jetting ressemble davantage à l’impression 2D photopolymère – il projette des gouttelettes de résine liquide qui sont durcies aux UV couche par couche. Elle est idéale pour les prototypes à surface lisse et les modèles visuels, et non pour les pièces de résistance industrielle.

Le jet de liant, quant à lui, utilise de la poudre comme matière première et peut produire des pièces métalliques ou céramiques robustes après frittage. En termes d’application, elle est beaucoup plus proche des technologies de fusion sur lit de poudre.

Là où Binder Jetting brille

La projection de liant est une technologie de choix lorsque le coût, la vitesse et l’évolutivité sont plus importants que la perfection de la surface ou la résistance isotrope. Il est largement utilisé pour :

des pièces métalliques dans une production de faible à moyen volume,
moules et noyaux de coulée dans l’industrie de la fonderie,
des modèles conceptuels en couleur,
des éléments céramiques architecturaux ou artistiques,
l’outillage ou les montages rapides.

Sa capacité à séparer l’impression du frittage offre la possibilité d’un post-traitement au niveau du lot, ce qui peut être plus efficace dans les flux de production par rapport aux systèmes de fusion de couches.

Jetting de liant métallique vs DMLS/SLM

La technique du jet de liant et la technique DMLS/SLM visent toutes deux la production de pièces métalliques, mais elles suivent des voies très différentes. Le DMLS et le SLM font fondre de la poudre à l’aide d’un laser, ce qui permet d’obtenir des pièces presque identiques aux pièces forgées – denses et très résistantes – mais aussi coûteuses et lentes.

Le jet de liant métallique ne nécessite pas de laser et permet de sintériser les pièces après l’impression. Cela se traduit généralement par une densité plus faible, mais permet un débit beaucoup plus rapide et des coûts plus faibles, ce qui en fait la solution idéale pour les applications à grand volume où un certain compromis sur les propriétés mécaniques est acceptable.

Résumé

L’impression par jets de liant est une technologie d’impression 3D unique et polyvalente qui excelle en termes de vitesse, d’évolutivité et de rentabilité, en particulier pour les métaux et les céramiques. Bien qu’elle s’accompagne de problèmes de post-traitement, sa capacité à produire des pièces fonctionnelles par lots – sans avoir recours à des lasers à haute énergie ou à l’enlèvement de supports complexes – en fait une option attrayante pour les industries axées sur la production. Qu’il s’agisse de prototypes en couleur, de moules en sable coulables ou d’accessoires en métal, la technique du jet de liant joue un rôle stratégique dans le paysage plus large de la fabrication additive.

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