Système de projection multi-matériaux de composants haute performance avec des propriétés ou des fonctions combinées. Crédit :Fraunhofer IKTS
La fabrication additive est actuellement l'une des tendances les plus importantes de l'industrie. Aujourd'hui, une équipe de l'Institut Fraunhofer pour les technologies et les systèmes céramiques IKTS a développé un système de jet multi-matériaux qui permet de combiner différents matériaux en une seule pièce fabriquée de manière additive. Cela permet de créer des produits avec des propriétés ou des fonctions combinées. Le nouveau système peut être utilisé avec des matériaux particulièrement performants tels que la céramique et le métal.
Les technologies de fabrication additive telles que l'impression 3D impliquent de construire un produit souhaité couche par couche au lieu de le produire à partir d'une seule pièce. Cela permet une haute précision, fabrication sur mesure avec des caractéristiques de produit définies avec précision et la technologie est continuellement améliorée. Bien que les premières années de la fabrication additive aient été dominées par les polymères, cela s'est élargi il y a quelque temps pour inclure les métaux et les matériaux à base de céramique.
Fraunhofer IKTS a maintenant fait un autre grand pas en avant. Des chercheurs ont développé un système permettant la fabrication additive de pièces multi-matériaux à base de systèmes de liants thermoplastiques. Connu sous le nom de jet multi-matériaux, ou MMJ, ce processus combine différents matériaux et leurs diverses propriétés différentes en un seul produit. "À l'heure actuelle, nous pouvons traiter jusqu'à quatre matériaux différents à la fois, " dit Uwe Scheithauer, chercheur à Fraunhofer IKTS. Cela ouvre la porte à un large éventail d'applications, permettant aux entreprises de produire des composants multifonctionnels hautement intégrés avec des propriétés définies individuellement.
Dépôt de matériau de haute précision à une vitesse allant jusqu'à 1, 000 gouttes par seconde. Crédit :Fraunhofer IKTS
Produits manufacturés goutte à goutte
Le nouveau système fabrique des pièces dans un processus continu. Dans la première étape, la poudre céramique ou métallique à partir de laquelle la pièce sera réalisée est répartie de manière homogène dans une substance liante thermoplastique. Les boues ainsi produites sont chargées dans des systèmes de micro-dosage (MDS) afin de démarrer le processus de fabrication proprement dit. Ces boues sont fondues dans le MDS à une température d'environ 100 degrés Celsius, créant une substance qui peut être libérée en très petites gouttelettes. Les chercheurs de l'IKTS ont également développé un logiciel correspondant pour assurer un positionnement précis des gouttelettes lors de la fabrication. Les systèmes de micro-dosage fonctionnent avec une haute précision, processus contrôlé par ordinateur, déposer les gouttelettes une à une exactement au bon endroit. Cela construit progressivement la pièce goutte à goutte à des vitesses allant jusqu'à 60 mm et 1, 000 gouttes par seconde. Le système fonctionne avec des tailles de gouttelettes comprises entre 300 et 1000 m, créer des couches déposées de hauteurs comprises entre 100 et 200 µm. La taille maximale des pièces pouvant être fabriquées actuellement est de 20 × 20 × 18 centimètres. "Le facteur critique ici est le dosage personnalisé des boues métalliques ou céramiques. Il est essentiel d'obtenir le bon dosage pour garantir que le produit final fabriqué de manière additive acquiert les propriétés et les fonctions requises lors du frittage ultérieur dans le four, y compris des propriétés telles que la résistance, conductivité thermique et conductivité électrique, " dit Scheithauer.
Illustration schématique des systèmes de micro-dosage. Crédit :Fraunhofer IKTS
Moteur satellite en céramique avec allumage intégré
Le nouveau système IKTS peut être utilisé pour fabriquer des pièces très complexes telles que le système d'allumage d'un moteur de propulsion de satellite en céramique. Les chambres de combustion des moteurs satellites atteignent des températures extrêmement élevées, ainsi, la capacité de la céramique à résister à la chaleur en fait un choix de matériau idéal. MMJ peut être utilisé pour produire un système d'allumage qui est directement intégré dans le moteur. Ce système d'allumage combine des zones électriquement conductrices et isolantes en un seul, composant extrêmement robuste. Dans ce cas, le procédé MMJ nécessite trois systèmes de dosage :un pour un matériau support qui se désagrège lors du traitement thermique dans le four, une seconde pour le composant électriquement conducteur, et un troisième pour le composant électriquement isolant. MMJ a également de nombreuses applications envisageables sur le marché des produits de consommation, par exemple une lunette de montre en céramique bicolore conçue pour un client individuel en tant qu'article unique.
Grâce à sa haute précision et sa flexibilité, le système MMJ ne convient pas seulement à la fabrication de composants multifonctionnels. "On pourrait aussi l'utiliser pour faire des ébauches pour des pièces en carbure, par exemple. Grâce à la grande précision des systèmes de dosage, les contours des flans seraient déjà très proches de ceux du produit final. Ils nécessiteraient donc très peu de broyage ultérieur par rapport aux procédés classiques. C'est un gros avantage lorsque vous travaillez avec du carbure, " dit Scheithauer.
