Le choix du bon procédé de fabrication additive commence souvent par une question clé : "Quels matériaux puis-je utiliser ?" En ce qui concerne l'impression 3D de métaux, les technologies offrent des réponses très différentes. Certains procédés sont limités par la nécessité d'utiliser des poudres métalliques finement atomisées. D'autres nécessitent des formulations d'alliages spécifiques pour être fiables. Mais la la fabrication additive par arc électrique (WAAM) se distingue par sa grande compatibilité avec les matériaux de soudage industriels existants.
En tant que sous-ensemble de dépôt par énergie dirigée (DED) le WAAM fabrique des pièces en faisant fondre des fils à l'aide d'un arc électrique, couche par couche, à l'aide de systèmes de mouvement robotisés. Cette approche permet d'utiliser une grande variété de métaux, dont beaucoup sont déjà qualifiés pour des applications structurelles. Mais quelle est la comparaison avec les méthodes basées sur les poudres telles que la fusion sélective par laser (SLM), la fusion par faisceau d'électrons (EBM) ou le dépôt de métal par laser (LMD) ?
Examinons les principales différences de compatibilité des matériaux entre le WAAM et les autres technologies d'AM des métaux.
Le WAAM utilise un fil de soudure standard, ce qui n'est pas le cas des méthodes à base de poudre.
L'un des principaux avantages du WAAM est sa simplicité des matières premières . Au lieu de s'appuyer sur des poudres métalliques, le WAAM utilise du fil de soudure standard, qui est déjà largement disponible dans des dizaines de types d'alliages et de diamètres. Il s'agit notamment de
- Aciers inoxydables (par exemple, 316L, 308L)
- Aciers structurels au carbone
- Alliages à base de nickel comme l'Inconel 625 ou 718
- Bronze d'aluminium
- Aciers faiblement alliés à haute résistance (HSLA)
- Alliages de cuivre
Il s'agit de matériaux déjà utilisés dans la fabrication et la construction dans le monde entier, avec des certifications et des données de performance mécanique bien établies. Ils sont donc faciles à se procurer, abordables à stocker et simples à qualifier.
En revanche, technologies d'AM à base de poudre à base de poudres nécessitent généralement des poudres métalliques sphériques produites par atomisation au gaz ou au plasma. Ces poudres doivent répondre à des spécifications très strictes en termes de taille, de forme, de fluidité et de chimie des particules. Par conséquent, elles sont coûteuses, plus difficiles à obtenir en grandes quantités et souvent limitées à un ensemble plus restreint d'alliages optimisés pour la fusion par laser ou par faisceau d'électrons.
Les alliages sur mesure et l'innovation sont plus accessibles avec WAAM
Comme le WAAM utilise des fils, qui peuvent être étirés ou combinés sur mesure, il offre beaucoup plus de souplesse pour développement d'alliages expérimentaux ou hybrides . Les équipes de R&D et les fabricants peuvent essayer de nouvelles formulations ou ajuster les chimies sans les coûts élevés et les risques associés aux séries de poudres personnalisées.
Cela est particulièrement important dans des secteurs comme l'aérospatiale, la marine ou l'énergie nucléaire, où les exigences en matière de matériaux évoluent rapidement et où aucun alliage ne convient à toutes les applications. Avec le WAAM, il est possible de développer de nouveaux matériaux, des gradients multi-matériaux ou des microstructures adaptées, ce qui serait difficile ou trop coûteux avec l'AM à base de poudre.
Dans de nombreux cas, les fils d'alimentation permettent également une meilleure traçabilité et un meilleur pedigree des matériaux puisqu'il provient de fournisseurs de soudage bien établis, disposant d'une documentation claire et d'un contrôle des lots. Cela est essentiel pour les pièces certifiées et les processus d'assurance qualité.
Considérations relatives à la sécurité, à la manipulation et aux déchets
Un autre facteur à prendre en compte est la la manutention du matériel . L'AM à base de poudre implique des particules fines et réactives qui peuvent présenter des risques pour la santé, d'incendie et d'explosion. Les opérateurs ont besoin d'équipements spécialisés, de chambres étanches, de gaz inertes et de protocoles réguliers de reconditionnement ou d'élimination des poudres.
Le WAAM évite totalement ces problèmes. Le fil de soudure est stable, sûr à manipuler et facile à stocker. Il n'y a aucun risque de contamination, d'oxydation ou de poussière en suspension dans l'air. Les déchets de matériaux sont également minimes ; le procédé permet de fabriquer des pièces de forme presque nette, et seule une petite quantité d'excédent est enlevée au cours du post-traitement.
Cette simplicité rend le WAAM idéal pour une installation dans des environnements d'usine traditionnels, des laboratoires de recherche ou des sites distants, sans qu'il soit nécessaire de disposer d'une infrastructure avancée.
Taille des pièces et économie des matériaux
En termes d'échelle, le WAAM est particulièrement adapté aux éléments suivants grandes pièces métalliquesoù le coût de la production à base de poudre devient ingérable. Les systèmes à lit de poudre ont généralement de petits volumes de construction et nécessitent une couverture complète de la chambre de construction avec de la poudre, même si seule une petite section est imprimée.
Le WAAM ne dépose que le matériel nécessaire. Cela permet de maintenir des coûts prévisibles et de réaliser des constructions plus importantes sans augmentation proportionnelle des frais généraux liés aux matériaux. Pour les entreprises qui impriment des pièces de plus de 500 mm, voire de plus d'un mètre, le WAAM est tout simplement plus rentable. Il permet d'utiliser des aciers de construction abordables et des alliages courants dans des pièces qui seraient beaucoup trop grandes ou trop lourdes pour être produites avec un système à laser.
Par exemple, le WAAM a été utilisé pour imprimer des roues, des composants d'appareils à pression, des supports offshore et de grands bras structurels, le tout dans des alliages certifiés et à une fraction du coût des méthodes basées sur les poudres.
Propriétés mécaniques et post-traitement
L'une des idées fausses est que les pièces à base de poudre ont toujours des propriétés mécaniques supérieures. En réalité, les procédés WAAM et à base de poudre nécessitent tous deux un post-traitement pour obtenir des performances optimales. Il s'agit notamment de l'usinage, du traitement thermique et parfois du pressage isostatique à chaud (HIP).
Les pièces en WAAM peuvent atteindre des propriétés mécaniques comparables à celles des matériaux corroyés, en particulier dans les alliages comme l'acier inoxydable ou l'Inconel. Lorsqu'ils sont imprimés avec des paramètres contrôlés, à l'aide d'un logiciel avancé comme MetalXL de MX3D, et qu'ils sont suivis d'une finition appropriée, les composants en WAAM peuvent répondre aux exigences ISO, ASME ou API pour les pièces structurelles et critiques en matière de sécurité.
Les systèmes à lit de poudre peuvent offrir des finitions de surface légèrement plus fines directement à la sortie de la machine, mais pour les grandes pièces fonctionnelles qui seront de toute façon usinées, ce n'est souvent pas un facteur décisif.
Résumé : Le WAAM offre un accès plus large et plus pratique au matériel.
L'avantage du WAAM en matière de compatibilité des matériaux est évident. Il permet :
- Utilisation de fils de soudure de qualité industrielle et non de poudres de niche
- Facilité d'approvisionnement, réduction des coûts et manipulation plus sûre
- Compatibilité avec les constructions de grand format et les applications structurelles
- Une plus grande flexibilité pour l'expérimentation et les conceptions multi-matériaux
- Propriétés éprouvées et voie vers la certification
Alors que les méthodes basées sur les poudres excellent dans les petits composants de haute précision et les structures internes en treillis, le WAAM est inégalé dans sa capacité à fournir des performances réelles à l'échelle, avec des matériaux auxquels les ingénieurs font déjà confiance.
Conclusion : S'il peut être soudé, il convient au WAAM
Chez MX3D, nous pensons que la flexibilité des matériaux est l'une des caractéristiques les plus importantes de tout système de fabrication additive. Avec le WAAM, vous pouvez imprimer dans les métaux que vous connaissez déjà, vous approvisionner facilement en matières premières et répondre aux demandes de certification sans compromettre la vitesse ou le coût.
Si vous comparez les technologies d'AM et que vous vous demandez laquelle correspond à vos besoins en matériaux, notre équipe peut vous aider. Parlons de votre application, de vos spécifications et de vos objectifs de production - et nous vous aiderons à décider si le WAAM est la bonne voie à suivre.
