DMLS et EBM : différences et comparaisons

L'impression 3D fait appel à toute une série de technologies et de types de matériaux différents pour produire une pièce imprimée en 3D. Plusieurs méthodes d'impression utilisent des matériaux en poudre au lieu de filaments. Le frittage laser direct de métaux (DMLS) est l'une des technologies les plus populaires par rapport à la fusion par faisceau d'électrons (EBM),

mais il existe plusieurs similitudes. La différence réside dans le processus de fusion de la poudre. 

Le DMLS utilise un laser à fibre haute puissance pour faire fondre la poudre de métal, couche par couche, afin de construire des objets en 3D. Les EBM utilisent un faisceau de particules électroniques appelé fusion par faisceau d'électrons (EBM) pour faire fondre la poudre afin de produire des pièces. Un canon à électrons génère un faisceau d'électrons dirigé à grande vitesse sur le lit de poudre. La chaleur du faisceau d'électrons fait fondre la poudre, formant une couche solide.

Les autres technologies d'impression 3D qui utilisent de la poudre pour produire des pièces sont les suivantes :

• le frittage sélectif par laser (SLS)
• Fusion sélective par laser (SLM)
• Jet de liant
• Fusion à jets multiples (MJF)
• Impression 3D PolyJet

Le frittage laser direct de métaux (DMLS) est une technologie d'impression 3D qui utilise un lit de poudre et un laser pour fabriquer des produits métalliques, notamment pour le prototypage rapide et la production de masse. Ces pièces sont produites à partir d'un dessin de conception assistée par ordinateur (CAO) tridimensionnel converti pour imprimer chaque couche du produit. Limité aux poudres d'alliages métalliques et aux dérivés de métaux, le DMLS fritte les poudres (et non les fait fondre) à l'aide d'un laser à fibre pour créer chaque couche de produit. Le frittage chauffe les particules de poudre jusqu'à ce qu'elles atteignent un état d'excitation qui les soude les unes aux autres. Les pièces sont plus poreuses en raison du frittage, ce qui permet de combiner des plastiques avec des métaux.

La chambre de construction DMLS contient un gaz inerte pour éviter l'oxydation pendant l'impression du produit. Une imprimante EBM empêche l'oxydation grâce à une chambre à vide. Des supports supplémentaires sont nécessaires pour limiter la déformation du produit. Les diverses applications du DMLS comprennent l'aérospatiale, le médical, le dentaire, la bijouterie, la joaillerie et les prototypes.

Caractéristiques de l'impression 3D DMLS :

• Impression directe de matériaux et impression de poudres mixtes
• Large choix de matériaux
• Bonne finition de surface
• La poudre métallique qui n'est pas frittée peut être réutilisée.
• Pièces raisonnablement solides
• Problèmes de porosité
• Faibles volumes de fabrication
• Équipement coûteux

Les avantages de la DMLS par rapport à l'EDM sont les suivants :

• Impression à haute résolution
• Plus grand choix de matériaux

Les inconvénients de la DMLS par rapport à l'EBM sont énumérés ci-dessous :

Les pièces DMLS présentent une porosité, qui peut être contrôlée mais pas éliminée.
La DMLS ne permet pas d'imprimer des matériaux ou des conceptions de produits ayant des points de fusion élevés.
Les pièces DMLS subissent des contraintes internes alors que l'EBM les soulage grâce à son environnement à température plus élevée.

La fusion par faisceau d'électrons (EBM) est un procédé d'impression 3D de fabrication additive qui utilise la fusion sur lit de poudre pour imprimer des produits. Le métal en poudre est fondu par un faisceau d'électrons à haute énergie qui produit un flux d'électrons. Un champ magnétique guide le flux d'électrons pour développer les pièces dans un processus couche par couche en utilisant le dessin du produit tridimensionnel. Le processus EBM se déroule dans une chambre à vide afin de le protéger de l'oxydation des matériaux métalliques. La chambre de fabrication peut être chauffée à 1 000 °C ou plus.

La différence avec le DMLS est que l'EBM utilise un puissant faisceau d'électrons pour faire fondre le matériau, alors que le DMLS utilise un laser. Le faisceau d'électrons disperse plus d'énergie que le laser et peut se déplacer à des vitesses plus élevées. Le faisceau peut être divisé et faire fondre plusieurs zones simultanément. Ainsi, le faisceau peut préchauffer chaque couche avant la fusion et produire un produit final plus solide et de haute densité. Bien que de nouveaux matériaux soient en cours de développement pour l'EBM, le caractère unique de ce procédé fait que le choix des matériaux pour l'EBM se limite aux matériaux et alliages conducteurs. En outre, comme les pièces EBM sont plus résistantes, moins de supports sont nécessaires pendant l'impression.

Les matériaux disponibles dans le commerce pour l'EBM sont les suivants

• le cobalt-chrome
• le cuivre
• Alliage de nickel
• l'acier inoxydable 
• Tantale et alliage de titane et de tantale
• Acier à outils
• Titane et alliages de titane

Les produits EBM ont des propriétés mécaniques supérieures, ce qui les rend idéaux pour l'aérospatiale, l'automobile, la défense, la médecine et les industries pétrochimiques. De plus, le processus est très durable, puisque 95 à 98 % de la poudre inutilisée est recyclée.

Caractéristiques de l'impression 3D EBM :

• Pièces de haute densité
• Peu de supports nécessaires
• Excellentes propriétés mécaniques
• Le traitement thermique est rarement nécessaire
• Recyclage jusqu'à 98 % de la poudre non utilisée
• Traitement des pièces généralement rapide
• Choix limité de matériaux (uniquement les matériaux et alliages conducteurs)
• Machines et matériaux coûteux
• Nécessité d'un post-traitement pour compenser un mauvais état de surface
• Longue période de refroidissement après l'impression.
• Limité aux petites pièces

Les avantages de l'EBM par rapport à la DMLS sont les suivants :

L'EBM est plus rapide car son puissant faisceau est réparti en plusieurs endroits et chaque couche est préchauffée.
L'EBM peut traiter des températures de fusion beaucoup plus élevées.

Les inconvénients de l'EBM par rapport à la DMLS sont les suivants :

• L'EBM ne peut imprimer que des métaux conducteurs
• L'EDM doit imprimer dans une chambre à vide
• Choix limité de matériaux
• Équipement plus coûteux

L'alternative au DMLS et à l'EBM est la fusion sélective par laser (SLM), une technologie de fabrication additive similaire qui utilise un laser pour faire fondre la poudre de métal. Elle fait également fondre la poudre couche par couche pour produire des pièces en 3D. Le SLM 3D est souvent utilisé pour des applications médicales, aérospatiales et automobiles. La SLM imprime également dans un environnement de gaz inerte.

Parmi les autres technologies comparables à la DMLS, on peut citer le Binder Metal Jetting (BMJ). La technologie BMJ utilise un liant pour relier les particules de poudre métallique de chaque couche. Le BMJ ne nécessite pas de support comme le DMLS ; il imprime rapidement et produit une excellente finition de surface. Les produits BMJ nécessitent un post-traitement.

Les technologies similaires à l'EBM (en plus de la DMLS) comprennent le dépôt par énergie dirigée (DED). Le DED fait passer un fil métallique dans une buse d'impression chauffée pour l'imprimer. Le produit final présente d'excellentes caractéristiques mécaniques, similaires à celles des produits EBM.

En résumé, la DMLS et l'EDM sont toutes deux des technologies d'impression 3D de métaux par fusion sur lit de poudre qui utilisent une source de chaleur pour faire fondre une poudre métallique. Toutes deux nécessitent une chambre à vide et un refroidissement après impression. L'EBM (fusion par faisceau d'électrons) produit des pièces très denses mais présente un mauvais état de surface. Le DMLS produit également des pièces très denses, mais avec un meilleur état de surface.