Qu'est-ce que le matériel AM ?

Introduction

La fabrication additive (AM), également connue sous le nom d'impression 3D, est une approche transformatrice de la production industrielle qui permet de créer des pièces légères et durables directement à partir de modèles numériques. L'un des principaux moteurs de la technologie AM est le développement de matériaux avancés qui peuvent être transformés en composants tridimensionnels complexes dotés de propriétés mécaniques supérieures. Matériaux AM sont essentiels pour produire des pièces de haute qualité à l'aide des méthodes d'impression 3D. Cet article propose un examen approfondi des matériaux AM, y compris les propriétés clés, les catégories, les métaux, les polymères, les céramiques, les composites, etc.

Vue d'ensemble des matériaux AM

Les matériaux AM désignent les matières premières telles que les métaux, les polymères, les céramiques et les composites qui sont utilisés comme matière première dans les processus d'impression 3D. Les propriétés des matériaux AM ont une influence majeure sur les performances mécaniques, la précision, la finition de surface et d'autres caractéristiques des pièces imprimées. Les matériaux destinés à l'AM doivent posséder certaines caractéristiques :

• Capacité à être transformé en filament, en poudre, en résine ou dans d'autres formats requis par les différentes technologies d'impression 3D
• Capacité à s'écouler, à fusionner ou à s'assembler au cours du processus de construction couche par couche
• Intégrité structurelle et résistance suffisantes pour former des objets 3D complexes sans défaut
• Attributs métallurgiques, chimiques et microstructuraux permettant d'obtenir les propriétés requises des matériaux dans les pièces finies

Les catégories de matériaux d'AM les plus couramment utilisées sont les métaux, les polymères, les céramiques et les composites. Chaque matériau possède des propriétés distinctes adaptées aux différentes applications de la fabrication additive.

Propriétés clés des matériaux pour l'AM

Plusieurs propriétés importantes des matériaux déterminent leur adéquation et leur performance dans les processus d'AM :

Imprimabilité

L'imprimabilité désigne la capacité d'un matériau à être transformé par des machines d'impression 3D en objets précis et robustes. Pour être imprimés avec succès, les matériaux doivent posséder des propriétés telles qu'un bon écoulement de la matière fondue, une morphologie des particules et un comportement d'étalement.

La force

Les matériaux AM doivent être très résistants pour supporter les forces et conserver leur forme sans se fissurer ni se déformer dans les pièces finies. La résistance est importante pour les composants porteurs.

Solidité

La ténacité est la capacité à absorber les contraintes mécaniques ou thermiques sans se fracturer prématurément. Les matériaux AM doivent avoir une bonne ténacité pour produire des composants durables.

Propriétés thermiques

Une température de fusion, une cinétique de solidification et une conductivité thermique appropriées permettent de fondre, de déposer et de solidifier avec précision les matériaux AM couche par couche pendant l'impression.

Propriétés rhéologiques

Le comportement de l'écoulement et de la viscosité des matériaux AM fondus ou déposés a un impact sur la précision et l'état de surface des pièces imprimées. Des propriétés rhéologiques idéales favorisent un écoulement et un collage en douceur.

Densité

Les matériaux AM doivent présenter une densité élevée dans les pièces finies afin d'assurer la fonctionnalité, la qualité de la surface et l'intégrité structurelle des composants imprimés. Une densité plus faible peut compromettre les performances mécaniques.

Catégories de matériaux AM

Il existe quatre grandes catégories de matériaux utilisés dans la fabrication additive :

Métaux pour l'AM

Les métaux sont généralement traités par fusion sur lit de poudre et par dépôt d'énergie dirigée. Les métaux les plus courants sont les suivants

• Acier inoxydable &#8211 ; Son excellente solidité, sa résistance à la corrosion et sa biocompatibilité en font un matériau idéal pour les pièces fabriquées dans l'aérospatiale, l'automobile, le secteur médical et bien d'autres secteurs. Diverses qualités d'alliage sont utilisées, notamment 316L, 17-4PH, 15-5PH.
• Aluminium &#8211 ; Connu pour sa légèreté, ses propriétés thermiques et sa résistance. Il est utilisé pour les composants aérospatiaux, les pièces automobiles, les échangeurs de chaleur et les biens de consommation. L'alliage 6061 est très populaire.
• Titane &#8211 ; métal extrêmement résistant mais léger, apprécié dans les applications aérospatiales. Les qualités comprennent le Ti6Al4V et le Ti64. Offre une biocompatibilité pour les implants médicaux.
• Alliages de nickel &#8211 ; superalliages résistants à la chaleur et à la corrosion à base de nickel, comme l'Inconel 625 et 718. Utilisés pour l'outillage, les pales de turbines et les pièces dans des environnements extrêmes.
• Cobalt-chrome &#8211 ; alliages de cobalt et de chrome offrant une résistance, une dureté et une biocompatibilité élevées pour les implants orthopédiques et dentaires.
• Métaux précieux &#8211 ; or, argent, métaux du groupe du platine et alliages utilisés principalement pour la bijouterie, l'électronique et les pièces décoratives.

Polymères pour l'AM

Les polymères thermoplastiques et photodurcissables sont traités par extrusion, photopolymérisation en cuve et fusion sur lit de poudre. Quelques polymères AM courants :

• ABS (acrylonitrile butadiène styrène) &#8211 ; Solide et léger, utilisé pour le prototypage et les pièces finales telles que les boîtiers et les composants automobiles.
• PLA (acide polylactique) &#8211 ; Fabriqué à partir d'amidon de maïs. Utilisé pour les emballages durables, les contenants alimentaires et les biens de consommation. Offre une grande rigidité.
• Nylon &#8211 ; Le nylon de qualité technique offre une solidité, une ténacité et une résistance thermique excellentes. Utilisé pour les pièces finales et les prototypes fonctionnels.
• Photopolymères &#8211 ; Résines photodurcissables durcies par la lumière UV. Utilisées en stéréolithographie et en impression 3D à jet d'encre. Offrent une précision et une qualité de surface élevées. Exemples : résines époxy et acryliques.

Céramique pour l'AM

Les céramiques et le verre offrent une grande résistance à la chaleur. Les méthodes de production comprennent la projection de liant, l'extrusion de matériaux et la stéréolithographie. Les matériaux céramiques pour l'AM sont les suivants

• Alumine (Al2O3) &#8211 ; Céramique de haute résistance utilisée dans les composants aérospatiaux et les pièces d'isolation. Elle offre une résistance à la corrosion et une stabilité thermique.
• Zircone (ZrO2) &#8211 ; Sa dureté extrême en fait un matériau idéal pour les outils, les inserts de coupe et les pièces résistantes à l'usure. Utilisé dans les restaurations dentaires.
• Carbure de silicium (SiC) &#8211 ; Céramique dure et légère utilisée lorsqu'une rigidité et une résistance thermique élevées sont nécessaires. Utilisé pour la fabrication de miroirs et de pièces semi-conductrices.

Composites pour l'AM

Les matériaux AM composites intègrent deux ou plusieurs matériaux constitutifs tels que des polymères, des céramiques ou des métaux. Cela permet d'adapter les propriétés telles que la résistance, la dureté, la conductivité, etc. Voici quelques exemples :

• Polymères renforcés de fibres de carbone &#8211 ; Rapport résistance/poids élevé. Utilisés pour construire des structures et des composants légers pour l'aérospatiale et l'automobile.
• Composites à matrice métallique &#8211 ; Des particules de céramiques telles que le carbure de silicium sont combinées à des alliages d'aluminium à l'aide de la technique DED AM afin d'obtenir des propriétés améliorées. Utilisés pour fabriquer des composants de missiles, des pièces d'avion, etc.
• Résines composites photopolymères &#8211 ; Mélange de photopolymères et de particules de céramique pour combiner ténacité et rigidité. Utilisé pour imprimer en 3D des restaurations dentaires.

Métaux pour la fabrication additive

Les métaux représentent une part importante des matériaux utilisés dans la fabrication assistée par ordinateur. Les métaux les plus populaires pour l'impression 3D sont l'acier inoxydable, l'aluminium, le titane, les alliages de nickel et le chrome-cobalt.

acier inoxydable

L'acier inoxydable est l'un des métaux les plus utilisés aujourd'hui en médecine anthroposophique. Il offre une excellente combinaison de résistance élevée, de ductilité et de résistance à la rupture, de résistance à la corrosion et à l'usure, et de biocompatibilité. Différentes qualités sont utilisées pour l'AM, notamment 316L, 304L, 17-4PH, 15-5PH, les aciers maraging et les aciers duplex. Les pièces imprimées en acier inoxydable comprennent des composants de vaisseaux spatiaux et de fusées, des roues, des valves, des instruments chirurgicaux et des pièces automobiles.

Aluminium

Les alliages d'aluminium tels que l'AlSi10Mg possèdent des propriétés telles qu'une faible densité, une bonne conductivité thermique et une excellente résistance qui les rendent intéressants pour l'AM. Parmi les principales applications, citons les composants complexes des cellules, des moteurs et des drones dans l'aérospatiale, les pièces automobiles telles que les roues, les cadres et les cylindres, les structures légères personnalisées pour les sports mécaniques, les échangeurs de chaleur et les biens de consommation. Les avantages par rapport à la fabrication conventionnelle comprennent l'optimisation de la topologie, la consolidation des pièces et la résistance à la rupture.

titane

Les alliages de titane sont appréciés dans les applications aérospatiales pour leurs propriétés telles que le rapport résistance/poids élevé, la résistance à la rupture, la résistance à la fatigue et la résistance à la corrosion. Plus de 75 % du titane AM est utilisé dans l'aérospatiale. L'alliage le plus populaire est le Ti6Al4V, suivi du Ti64. Les pièces en titane obtenues par AM comprennent des composants structuraux de cellules d'avions, des pales de turbines, des pièces de vaisseaux spatiaux et des implants osseux légers qui s'intègrent bien aux tissus biologiques. Parmi les défis à relever, citons le coût élevé des matériaux et les difficultés d'usinage du titane AM.

Superalliages de nickel

Les superalliages à base de nickel présentent des atouts tels que la conservation des propriétés mécaniques à haute température, la résistance à la corrosion et au fluage, ce qui leur permet d'être largement utilisés dans des environnements extrêmes. Les alliages les plus courants sont l'Inconel 718, l'Inconel 625 et l'Inconel 939, imprimés par DED ou par lit de poudre. L'AM est utilisée pour fabriquer des aubes de turbine, des outils, des composants de moteurs de fusée et des pièces dans les secteurs du nucléaire, du traitement chimique et de l'énergie.

Alliages de chrome et de cobalt

Les alliages de cobalt-chrome comme le CoCrMo possèdent une dureté et une résistance élevées, ainsi qu'une excellente biocompatibilité. Ce sont les métaux les plus utilisés pour imprimer des prothèses dentaires telles que des couronnes et des bridges, ainsi que des implants orthopédiques pour le genou, la hanche et l'épaule. L'AM permet des conceptions personnalisées et des structures en treillis dans les implants avec des propriétés mécaniques semblables à celles des os et une intégration poreuse avec les tissus. Le défi consiste à obtenir des finitions de surface lisses.

Polymères pour la fabrication additive

Les polymères sont généralement traités par extrusion, fusion sur lit de poudre et photopolymérisation en cuve. Les thermoplastiques tels que l'ABS et le PLA sont largement utilisés pour les modèles conceptuels, les prototypes fonctionnels et les pièces d'utilisation finale dans tous les secteurs. Les photopolymères permettent d'obtenir des finitions lisses et des caractéristiques fines.

ABS &#8211 ; Acrylonitrile Butadiene Styrene

L'ABS offre des propriétés telles qu'une résistance élevée aux chocs, une grande ténacité et une résistance à des températures relativement élevées, ce qui le rend adapté à l'impression 3D de géométries complexes. L'ABS est utilisé pour les modèles de concepts visuels, le prototypage de biens de consommation, les pièces automobiles, les boîtiers et les assemblages par encliquetage dans les secteurs de l'aérospatiale, de la santé et de l'industrie. Les limites de l'ABS sont une température maximale de travail plus basse que celle des métaux et une résistance limitée aux UV.

PLA &#8211 ; Acide Polylactique

Le PLA est un thermoplastique biodégradable dérivé de l'amidon de maïs ou de canne à sucre renouvelable. Il est largement utilisé pour l'impression 3D de divers produits tels que des récipients alimentaires, des sachets de thé, des bouteilles d'eau, ainsi que des implants médicaux et des échafaudages qui peuvent se dégrader en toute sécurité à l'intérieur du corps. Les avantages sont une grande rigidité, une faible toxicité et des températures d'impression relativement basses. Les limites sont une faible résistance à la chaleur et une faible résistance aux chocs.

Nylon

Le nylon offre une excellente résistance à la traction, un bon état de surface, une résistance chimique, une résistance à l'abrasion et une grande souplesse. Il est donc utile pour les prototypes fonctionnels et les pièces finales telles que les engrenages, l'outillage, les composants porteurs, les récipients alimentaires, etc. dans les secteurs de l'automobile, des biens de consommation et des applications industrielles. La poudre de nylon peut être traitée à l'aide de techniques de frittage sélectif par laser et de fusion à jets multiples. La surface à faible frottement permet des applications de contact glissant à faible usure.

Photopolymères

Les résines photopolymères durcissant aux UV permettent d'obtenir une précision et une finition de surface remarquablement élevées dans les processus d'AM tels que la stéréolithographie et le traitement numérique de la lumière. Les photopolymères se solidifient rapidement lorsqu'ils sont exposés à la lumière UV. Les matériaux comprennent les résines époxy, acryliques et acrylates utilisées pour la fabrication de lentilles, de modèles médicaux, de bijoux, d'implants, de pièces moulées de haute précision pour l'aérospatiale et d'autres composants dont la qualité est critique. Les limites sont une résistance moindre par rapport aux thermoplastiques de qualité industrielle.

Céramiques pour la fabrication additive

Les céramiques possèdent une résistance et une dureté élevées à des températures élevées, une bonne isolation électrique et de faibles propriétés de dilatation thermique. Elles sont donc utiles pour les composants de la section chaude des moteurs à turbine, les systèmes de protection thermique et d'autres applications nécessitant des matériaux réfractaires. L'AM permet d'obtenir des géométries complexes pour les céramiques, impossibles à réaliser avec les méthodes conventionnelles.

Alumine

L'alumine ou oxyde d'aluminium Al2O3 offre une dureté, une résistance à l'usure et à la corrosion et une stabilité thermique très élevées. L'AM est utilisée pour fabriquer des composants en alumine de haute performance pour des applications aérospatiales et astronautiques. Les pièces comprennent des tuyères de fusée, des boucliers contre les radiations et des composants d'isolation thermique, tirant parti des libertés de conception offertes par l'AM. Parmi les limites, on peut citer une ténacité à la rupture et une résistance à la traction plus faibles, qui peuvent entraîner des défaillances inattendues dans les pièces finies.

Zircone

L'extrême dureté, la résistance à l'usure et la faible conductivité thermique de la zircone ZrO2 la rendent utile pour la fabrication par AM d'outils de coupe, de forets, de matrices d'extrusion et d'autres composants soumis à une forte usure. En dentisterie, il est utilisé pour imprimer des restaurations dentaires solides et esthétiques telles que des couronnes et des bridges qui imitent l'apparence des dents naturelles. Une distribution fine de la taille des particules est essentielle pour obtenir une densité et des performances élevées des pièces finies en zircone.

Carbure de silicium

Le carbure de silicium SiC possède une dureté et une résistance très élevées, notamment à des températures supérieures à celles des métaux. L'AM convient parfaitement à la fabrication de miroirs en SiC, de composants optiques et de structures pour les télescopes spatiaux, où les variations de température sont considérables. Sur terre, le SiC est utilisé dans la fabrication par AM d'équipements de fabrication de semi-conducteurs, de pastilles de combustible nucléaire et de composants de moteurs à turbine. Les pièces en SiC nécessitent souvent une finition secondaire pour obtenir des surfaces lisses comme des miroirs.

Procédés d'AM des métaux

Les méthodes les plus utilisées pour imprimer des métaux sont la fusion sur lit de poudre et le dépôt par énergie dirigée :

Fusion des lits de poudre

Il s'agit notamment du frittage sélectif par laser (SLS) et de la fusion par faisceau d'électrons (EBM). Le SLS utilise un laser tandis que l'EBM utilise un faisceau d'électrons pour fusionner sélectivement des particules de poudre métallique couche par couche sur la base d'une coupe transversale de la géométrie de la pièce. Après chaque couche, une plus grande quantité de poudre est étalée et compactée pour la couche suivante. L'acier inoxydable et le titane sont couramment traités, ce qui permet d'obtenir des précisions élevées et des microstructures fines. Parmi les limites, on peut citer la lenteur de la fabrication.

Dépôt d'énergie dirigée

Le DED concentre un laser ou un faisceau d'électrons pour faire fondre un fil métallique, une poudre ou une poudre soufflée à des endroits spécifiques afin d'empiler les matériaux et de fabriquer la géométrie souhaitée. Le DED est souvent utilisé pour réparer ou ajouter des caractéristiques à des composants existants. Parmi ses avantages, on peut citer des vitesses de fabrication plus rapides et la possibilité de mélanger des compositions métalliques. Mais la précision et la finition de la surface sont inférieures à celles de la fusion sur lit de poudre.

Procédés d'AM des polymères

Les thermoplastiques sont généralement traités par extrusion et par fusion sur lit de poudre. La photopolymérisation en cuve est utilisée pour transformer les résines photodurcissables en pièces polymères de haute précision.

Extrusion de matériaux

L'extrusion de matériaux consiste à chauffer un filament thermoplastique et à l'extruder couche par couche à travers une buse pour fabriquer une pièce. La modélisation par dépôt en fusion (FDM) de Stratasys et la fabrication par filament en fusion (FFF) sont des technologies d'extrusion de matériaux largement utilisées pour imprimer en 3D des pièces en ABS, PLA, nylon et PC. Parmi les avantages de ces technologies, citons les faibles coûts des machines et des matériaux. Les inconvénients sont une précision moindre, une faible liaison entre les couches et des lignes de couche visibles sur les surfaces.

Fusion des lits de poudre

Le frittage laser direct (DLS) utilise un laser pour fusionner sélectivement des particules de poudre de polymère disposées en couche mince. Après chaque couche, une nouvelle couche de poudre est déposée et frittée. Le frittage laser direct permet de réaliser des géométries très complexes dans des matériaux thermoplastiques de production comme le nylon, avec des propriétés mécaniques proches de celles du moulage par injection. La fusion multijet (MJF) est un procédé à base de poudre de HP qui utilise des agents de fusion et de détail pour obtenir des propriétés isotropes et une précision supérieures.

Photopolymérisation en cuve

La stéréolithographie (SLA) convertit la résine liquide en objets 3D solides en utilisant la lumière ultraviolette pour durcir sélectivement la résine photosensible. Le traitement numérique de la lumière (DLP) utilise également une cuve de résine photocurable, mais durcit chaque couche à l'aide d'un système de projecteur de lumière. Ces procédés permettent d'obtenir des surfaces remarquablement lisses et de capturer des détails fins pour les modèles de fabrication, les moulages à la cire perdue, les modèles médicaux et les modèles de bijouterie.

Procédés d'AM pour la céramique

Les méthodes de projection de liant et d'extrusion de matériaux sont couramment utilisées pour transformer les céramiques et les composites céramique-polymère en pièces imprimées en 3D complexes mais robustes.

Jetting de liant

Dans ce procédé sur lit de poudre, un agent liant liquide est déposé de manière sélective pour joindre les particules de poudre céramique pendant l'impression. Une fois l'impression terminée, la pièce verte est frittée pour brûler le liant et densifier la pièce. Des poudres d'alumine, de zircone, de carbure de silicium et de verre ont été imprimées à l'aide du procédé de projection de liant. Cette technique permet d'obtenir des pièces à forte teneur en céramique. Parmi les limites, on peut citer la densité plus faible que celle des céramiques solides.

Extrusion de matériaux

Également appelée "robocasting" ou "écriture directe à l'encre", l'extrusion de matériaux imprime des pâtes céramiques à travers une buse pour construire des structures par couches. La composition combine généralement de la poudre de céramique, des monomères, un dispersant et un initiateur. Une fois imprimées, les pièces sont durcies puis frittées. Des composites de carbure de silicium et d'alumine contenant 50 % de céramique peuvent être imprimés à l'aide de cette méthode. Mais le rétrécissement au cours du séchage et du frittage peut induire des distorsions de forme.

Matériaux composites AM

La fabrication additive permet de combiner différents matériaux de base tels que les polymères, les métaux et les céramiques pour obtenir des matériaux composites aux propriétés personnalisées.

Composites à matrice métallique

Les poudres métalliques peuvent être mélangées à des renforts durs comme le carbure de silicium ou l'alumine pendant le traitement DED pour obtenir une dureté, une solidité et une résistance à l'usure supérieures à celles des métaux non renforcés. Des composites à matrice de nickel et de titane ont été enrichis de particules et de nanotubes de SiC pour améliorer la rigidité et la stabilité thermique des pièces de la section chaude des turbines et des moteurs de fusée.

Composites à base de fibres de carbone

Les fibres de carbone hachées ou continues peuvent renforcer les photopolymères dans l'impression 3D SLA ou les thermoplastiques dans l'impression 3D FDM/FFF. Cela permet d'améliorer la rigidité, la résistance statique, la résistance thermique et la stabilité dimensionnelle de pièces telles que les châssis de drones et les composants intérieurs d'avions, tout en réduisant le poids. Un excellent contrôle de l'orientation des fibres est possible pendant l'AM.

Composites à base de résine photodurcissable

Les polymères SLA sont combinés avec des particules de céramique et des nanotubes pour modifier les propriétés de la résine telles que le module, la température de déflexion thermique, la dureté et la conductivité thermique en fonction des exigences de l'application, tout en conservant la précision dimensionnelle et les avantages de la finition de surface. Cela permet d'imprimer en 3D des bridges et des couronnes dentaires aux propriétés mécaniques et à l'esthétique améliorées.

Avantages des matériaux AM

Les matériaux AM offrent des avantages en termes de performances et des possibilités de conception que la fabrication conventionnelle ne permet pas d'atteindre :

• Complexité - Des structures creuses et cellulaires complexes peuvent être produites directement à partir de modèles de CAO, ce qui serait impossible à réaliser autrement. Cela permet d'obtenir des conceptions légères et optimisées.
• Personnalisation - Des implants, des semelles et des prothèses parfaitement adaptés à l'anatomie d'un individu peuvent être imprimés en 3D à partir de données de scanners médicaux pour un meilleur confort et une restauration de la fonction.
• Consolidation de l'assemblée - La réduction du nombre de pièces par l'impression de composants consolidés améliore la fiabilité, réduit les stocks et permet une production plus rapide.
• Haute performance - Le renforcement des métaux par solidification épitaxiale et les composites à microstructures orientées permettent d'obtenir des propriétés mécaniques supérieures.
• Durabilité - La technologie additive permet une production à la demande avec un minimum de déchets. Certains matériaux AM, comme les biopolymères fabriqués à partir de sources renouvelables, favorisent également le développement durable.

Défis pour les matériaux AM

Si les matériaux AM présentent de nombreux avantages, certains défis doivent être relevés pour que leur adoption se généralise :

• Normes &#8211 ; L'absence de spécifications et de normes industrielles pour la plupart des matériaux AM rend la cohérence difficile. La qualité des matériaux peut varier d'un fournisseur à l'autre et d'une technologie d'impression à l'autre.
• Certification &#8211 ; Une certification et une documentation rigoureuses sont nécessaires, en particulier pour les alliages métalliques utilisés dans les applications critiques de la défense, de l'aérospatiale et de la médecine, avant que l'AM ne soit acceptée pour les composants de production destinés à l'utilisation finale.
• Défauts &#8211 ; Certains processus d'AM souffrent de porosité, de microfissuration, de défauts de délamination dans les pièces finies qui compromettent les performances mécaniques. Il est nécessaire d'améliorer encore les propriétés des matériaux, le contrôle de la qualité et les paramètres du processus.
• Finition de la surface &#8211 ; Les marches d'escalier et les lignes de couche provenant de l'AM peuvent nécessiter un polissage manuel important des surfaces. Certains matériaux souffrent également de la rugosité de la structure du grain. Il est nécessaire de mieux comprendre les causes et les solutions d'un mauvais état de surface.
• Coût &#8211 ; Les coûts des matériaux AM sont souvent élevés en raison de formulations propriétaires, de fournisseurs limités et de faibles volumes de production. L'augmentation de la production de matériaux AM peut améliorer la compétitivité des coûts par rapport aux matériaux conventionnels.
• Anisotropie &#8211 ; Certaines microstructures AM fortement orientées ou en couches entraînent une variabilité directionnelle des propriétés, comme une résistance plus élevée parallèlement à la construction par rapport à la perpendiculaire. L'amélioration de la liaison des matériaux et des techniques de dépôt permet de surmonter l'anisotropie.

L'avenir des matériaux d'AM

L'innovation en matière de matériaux AM est vitale pour l'expansion continue de la fabrication additive. Certains domaines clés sont prometteurs pour l'avenir :

• Multimatériaux - Des pièces uniques combinant différents métaux, céramiques et polymères permettront une véritable multifonctionnalité. Des recherches sont en cours à ce sujet en utilisant l'impression 3D multi-buses.
• Matériaux intelligents - L'impression 4D utilise des alliages à mémoire de forme, des hydrogels et des élastomères à cristaux liquides pour fabriquer des objets qui changent de forme, de couleur ou de transparence lorsqu'ils sont exposés à des stimuli tels que la chaleur, l'humidité, la lumière ou les champs magnétiques.
• Biocompatible &#8211 ; Les nouveaux matériaux d'ingénierie tissulaire et les supports de cellules souches favoriseront l'adoption de l'AM dans les traitements médicaux afin d'améliorer l'intégration et la régénération.
• Durable &#8211 ; Des matériaux AM écologiques et non toxiques, dérivés de ressources abondantes et renouvelables, doivent être développés pour remplacer les polymères à base de pétrole.
• Nanocomposites &#8211 ; Les matrices polymères et métalliques renforcées par des nanotubes/nanoparticules pour améliorer considérablement les propriétés mécaniques, thermiques et électriques ouvriront la voie à de nouvelles applications de haute performance.
• Outils de conception - La modélisation informatique multi-échelle des processus d'AM, basée sur la physique, permettra de mieux prédire les microstructures et les propriétés en vue de la qualification de nouveaux matériaux et de leur optimisation.

Conclusion

En résumé, les matériaux de fabrication additive sont des outils essentiels pour la réalisation de composants fonctionnels imprimés en 3D dans tous les secteurs d'activité. Les métaux, les polymères, les céramiques et les composites offrent chacun des capacités distinctes pour produire des pièces complexes et de haute performance à l'aide de processus de fabrication additive. Bien qu'il existe des défis à relever, l'innovation en matière de matériaux AM continuera à élargir les possibilités de conception et les avantages de la technologie d'impression 3D.

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