Direct Energy Deposition (DED) : tout ce qu’il faut savoir

Source : 3dnatives.com

La déposition directe d'énergie ou Direct Energy Deposition (DED) est un procédé d'impression 3D généralement utilisé pour réparer ou ajouter de la matière à des composants existants. Il est bien entendu possible de fabriquer des pièces à partir de zéro en utilisant cette technologie, mais elle est souvent utilisée pour des applications industrielles telles que la réparation de pales de turbine ou d'hélices endommagées.

Similairement à ce qui se passe dans certaines technologies de fusion sur lit de poudre (PBF) (comme le LPBF ou l'EBM), la déposition directe utilise une source d'énergie concentrée comme un faisceau laser ou un faisceau d'électrons pour faire fondre le matériau. Cependant, le matériau est fondu au moment même où il est déposé par la buse. D'une certaine manière, cette technologie se situe à la frontière entre l'extrusion de matière et la fusion sur lit de poudre.

Il convient de noter que l'on fait souvent référence à cette technologie par d'autres noms tels que Laser Engineered Net Shaping (LENS), Direct Metal Deposition (DMD), Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM), etc., en fonction de l'application ou de la méthode spécifique.

Comment fonctionne la technologie Direct Energy Deposition ?

Comme pour toute technique d'impression 3D, la conception d'une pièce commence par la création du modèle 3D à l'aide d'un logiciel de CAO. La pièce est ensuite découpée par un trancheur en une multitude de couches, qui représentent les différentes couches de matériau nécessaires pour former la pièce.

La technique fonctionne en déposant du matériau sur une base ou sur un composant en cours de réparation par le biais d'une buse montée sur un bras multi-axial (généralement 4 ou 5). Le matériau métallique avec lequel la buse est alimentée est fourni sous forme de poudre ou de fil. Pendant qu'il est déposé, une source de chaleur fond le matériau à l'aide d'un laser, d'un faisceau d'électrons ou d'un arc plasma. Cette procédure est répétée jusqu'à ce que les couches se solidifient et que l'objet soit terminé.

Dans le cas des systèmes à faisceau d'électrons, le processus doit être effectué sous vide pour éviter que les électrons n'interagissent avec les molécules d'air ou ne soient déviés par celles-ci. Les systèmes laser nécessitent une chambre entièrement inerte si l'on travaille avec des métaux réactifs ; une quantité considérable de gaz et de temps est alors nécessaire pour atteindre les niveaux d'oxygène souhaités. Alternativement, il est possible d'utiliser une couverture de gaz protecteur, suffisante pour protéger le métal déposé de la contamination.

Matériaux et applications

Ce procédé est généralement utilisé avec des métaux, sous forme de poudre ou de fil. Cependant, il est également possible d'utiliser la DED avec des polymères et des céramiques. Par exemple, AREVO utilise un filament de fibre de carbone pour la DED afin de fabriquer des pièces composites légères destinées au consommateur final. Le filament thermoplastique est fondu par une source de chaleur et compacté par un rouleau pour créer les couches de l'objet.

En ce qui concerne les métaux, presque tous les métaux soudables peuvent être imprimés en 3D avec la DED. Cela inclut le titane et ses alliages, l'inconel, le tantale, le tungstène, le niobium, l'acier inoxydable, l'aluminium, etc. Le fil utilisé a généralement un diamètre de 1 à 3 mm et la taille des particules de poudre est similaire à celle utilisée dans les procédés de métallurgie des poudres, entre 50 et 150 microns.

Comme indiqué précédemment, l'une des applications uniques de cette technologie est la possibilité de réparer des pièces métalliques endommagées. Selon l'ASTM International : « La DED a la capacité de produire des pièces relativement grandes (volume d'impression > 1000 mm³) qui nécessitent un minimum d'usinage mécanique et une transformation secondaire relativement limitée. De plus, les procédés DED peuvent être utilisés pour produire des composants avec des gradients de concentration ou des structures hybrides composées de divers matériaux caractérisés par différentes compositions et structures ».

Les principaux acteurs sur le marché

Aujourd'hui, il existe plusieurs fabricants d'imprimantes 3D DED sur le marché. BeAm est l'un des principaux acteurs du secteur. Il propose trois solutions : la Magic 80 et les Modulo 250 et 450. Toutes utilisent le laser comme source de chaleur. Parmi les autres fabricants qui créent des machines DED laser, on trouve Trumpf, Optomec, FormAlloy, DMG Mori, InssTek, Relativity et d'autres.

En ce qui concerne les systèmes DED à faisceau d'électrons, l'EBAM est une technologie commercialisée par Sciaky Inc ; il propose 5 machines différentes ainsi que la possibilité de créer son propre système personnalisé. Un autre fabricant est Evobeam GmbH. Enfin, parmi les fabricants d'imprimantes 3D DED à arc plasma, on trouve Norsk Titanium, WAAM, GEFERTEC, Prodways et Lincoln Electric.