Fusion par faisceau d'électrons(EBM)
Fusion sélective par faisceau d'électrons (EBSM) Principe
Similaire au frittage sélectif par laser etFusion laser sélectiveParmi les procédés, la technologie de fusion sélective par faisceau d'électrons (EBSM) est une technologie de fabrication rapide qui utilise des faisceaux d'électrons à haute énergie et à grande vitesse pour bombarder sélectivement la poudre métallique, fondant et formant ainsi des matériaux en poudre.
Le processus EBSM Le procédé est le suivant : tout d’abord, une couche de poudre est déposée sur le plan de dépôt ; ensuite, sous contrôle informatique, le faisceau d’électrons est fondu sélectivement en fonction du profil de la section transversale. La poudre métallique est ainsi fondue, se lie à la partie sous-jacente et s’accumule couche par couche jusqu’à fusion complète de la pièce. Enfin, l’excédent de poudre est éliminé pour obtenir le produit tridimensionnel souhaité. Le signal de balayage en temps réel de l’ordinateur de contrôle est transmis au dispositif de déviation après conversion numérique-analogique et amplification. Le faisceau d’électrons est dévié par le champ magnétique généré par la tension de déviation correspondante afin de réaliser la fusion sélective. Après plus de dix ans de recherche, il a été constaté que certains paramètres de procédé, tels que l’intensité du faisceau d’électrons, l’intensité de focalisation, la durée d’action, l’épaisseur de poudre, la tension d’accélération et le mode de balayage, sont étudiés lors d’expérimentations orthogonales. La durée d’action s’avère être le paramètre ayant la plus grande influence sur la formation.
Avantagesde l'EBSM
La technologie de formage direct des métaux par faisceau d'électrons utilise des faisceaux d'électrons de haute énergie comme source de chaleur. Le formage par balayage peut être réalisé sans inertie mécanique grâce à la manipulation de la bobine de déviation magnétique. L'environnement sous vide du faisceau d'électrons empêche également l'oxydation de la poudre métallique lors du frittage ou de la fusion en phase liquide. Comparé au laser, le faisceau d'électrons présente l'avantage d'un taux d'utilisation de l'énergie élevé, d'une grande profondeur d'action, d'un taux d'absorption de matière élevé, d'une grande stabilité et de faibles coûts d'exploitation et de maintenance. Les avantages de la technologie EBM incluent une efficacité de formage élevée, une faible déformation des pièces, l'absence de support métallique pendant le processus de formage, une microstructure plus dense, etc. Le contrôle de la déviation et de la focalisation du faisceau d'électrons est plus rapide et plus précis. La déviation du laser nécessite l'utilisation d'un miroir vibrant, dont la vitesse de rotation est extrêmement élevée lors des balayages laser à haute vitesse. Lorsque la puissance du laser augmente, le galvanomètre requiert un système de refroidissement plus complexe et son poids augmente considérablement. Par conséquent, à haute puissance, la vitesse de balayage du laser est limitée. Lors du balayage d'une large zone de formage, la modification de la distance focale du laser s'avère complexe. La déviation et la focalisation du faisceau d'électrons sont réalisées par un champ magnétique. La longueur de déviation et de focalisation du faisceau peut être contrôlée rapidement et avec précision en modifiant l'intensité et la direction du signal électrique. Le système de déviation et de focalisation du faisceau d'électrons est insensible à l'évaporation du métal. Lors de la fusion du métal par laser et faisceau d'électrons, les vapeurs métalliques se diffusent dans l'espace de formage et recouvrent la surface de tout objet en contact avec un film métallique. La déviation et la focalisation des faisceaux d'électrons étant effectuées dans un champ magnétique, elles ne sont pas affectées par l'évaporation du métal ; les dispositifs optiques, tels que les galvanomètres laser, sont en revanche très sensibles à ce phénomène.
Laser Metal Déposition(LMD)
Le dépôt de métal par laser (LMD) a été proposé pour la première fois par le Laboratoire national Sandia aux États-Unis dans les années 1990, puis développé successivement dans de nombreuses régions du monde. Du fait des recherches menées indépendamment par de nombreuses universités et institutions, cette technologie porte différents noms, mais ses principes de base restent les mêmes. Lors du processus de dépôt, la poudre est acheminée sur le plan de travail par une buse, où le faisceau laser est également concentré. Les points d'impact de la poudre et du faisceau coïncident, et l'élément de revêtement multicouche est obtenu par déplacement à travers la table de travail ou la buse.
Technologie LENS Ce procédé utilise des lasers de classe kilowatt. En raison de la grande taille du point focal (généralement supérieure à 1 mm), bien que des entités métalliques denses liées métallurgiquement puissent être obtenues, leur précision dimensionnelle et leur état de surface restent insuffisants, nécessitant un usinage ultérieur avant utilisation. Le rechargement laser est un procédé métallurgique physico-chimique complexe, dont les paramètres influencent fortement la qualité des pièces rechargées. Ces paramètres incluent principalement la puissance du laser, le diamètre du point focal, le défocalisation, la vitesse d'alimentation en poudre, la vitesse de balayage et la température du bain de fusion. Ils ont un impact considérable sur le taux de dilution, la fissuration, la rugosité de surface et la compacité des pièces. De plus, chaque paramètre interagit avec les autres, ce qui rend le procédé très complexe. Des méthodes de contrôle appropriées doivent être mises en œuvre afin de maîtriser les différents facteurs influents et de les maintenir dans les limites admissibles du procédé de rechargement.
DirectLaser Métal Sentreing(DMLS)
Il existe généralement deux méthodes pourSLSPour la fabrication de pièces métalliques, deux méthodes sont possibles : le frittage laser sélectif (SLS) de poudre métallique enrobée de polymère (méthode indirecte) et le frittage laser direct de métal (DMLS) (méthode directe). Depuis les premières recherches sur le frittage laser direct de poudre métallique menées à l’Université Chatofci de Louvain en 1991, la fabrication de pièces tridimensionnelles par frittage direct de poudre métallique par le procédé SLS est devenue un objectif majeur du prototypage rapide. Comparé au SLS, le principal avantage du DMLS réside dans l’élimination des étapes de prétraitement et de post-traitement, coûteuses et chronophages.
Caractéristiques de DMLS
La technologie DMLS, dérivée de la technologie SLS, repose fondamentalement sur le même principe. Cependant, la fabrication précise de pièces métalliques aux formes complexes s'avère difficile avec la technologie DMLS. En définitive, cela est principalement dû à l'effet de sphéroïdisation et à la déformation par frittage de la poudre métallique. La sphéroïdisation est un phénomène par lequel la surface du métal en fusion se transforme en une surface sphérique sous l'effet de la tension interfaciale entre le métal liquide et le milieu environnant. Ce processus minimise l'énergie libre du système formé par la surface du métal en fusion et celle du milieu environnant. La sphéroïdisation empêche la poudre métallique de se solidifier après fusion et de former un bain de fusion continu et lisse. Les pièces obtenues sont donc friables et poreuses, ce qui entraîne des défauts de moulage. En raison de la viscosité relativement élevée des poudres métalliques monocomposantes lors du frittage en phase liquide, le phénomène de sphéroïdisation est particulièrement marqué. Le diamètre des sphères est souvent supérieur à celui des particules de poudre, ce qui engendre une porosité importante dans les pièces frittées. Par conséquent, le frittage direct par laser (DMLS) de poudres métalliques monocomposantes présente des défauts de procédé importants et nécessite souvent un traitement ultérieur, ne correspondant pas à la notion même de frittage direct.
Afin de pallier le phénomène de sphéroïdisation des poudres métalliques monocomposantes lors du frittage laser DMLS, et les défauts de procédé qui en résultent (déformations au frittage et faible densité), on utilise généralement des poudres métalliques multicomposantes à points de fusion différents ou des poudres pré-alliées. Ce système de poudres métalliques multicomposantes est généralement composé de métaux à point de fusion élevé, de métaux à point de fusion bas et d'éléments d'addition. La poudre métallique à point de fusion élevé, servant de squelette, conserve sa structure solide lors du frittage DMLS. La poudre métallique à point de fusion bas, utilisée comme liant, fond lors du frittage pour former une phase liquide. Cette phase liquide enrobe, mouille et lie les particules métalliques solides, permettant ainsi une densification par frittage.
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