MJF - Multi Jet Fusion

Le Multi Jet Fusion (MJF) est l’une des technologies de fabrication additive les plus récentes du marché, et elle a beaucoup de potentiel. Hewlett-Packard (HP) en 2016 a développé l’impression 3D MJF. Cette technologie est similaire à celle du Binder Jetting (projection de liant) et, selon HP, est plus rapide, moins chère et produit des pièces plus fonctionnelles que les technologies concurrentes.

Il est intéressant de noter que plus de 140 pièces utilisées dans les imprimantes HP MJF sont en réalité produites par des imprimantes MJF elles-mêmes.

Semblable au SLS (frittage laser sélectif), l’impression 3D MJF est une technologie de fusion sur lit de poudre (PBF). Grâce à une source de chaleur, elle fusionne des particules au sein d’un lit de poudre thermoplastique, souvent du nylon ou du TPU.

Elle diffère toutefois du SLS, car la technologie Multi Jet Fusion n’utilise pas de laser. Le MJF fait plutôt appel à une source d’énergie infrarouge associée à un agent de fusion. Les propriétés mécaniques et les finitions de surface produites sont comparables à celles du SLS, avec des hauteurs de couche d’environ 80 µm. Le MJF est toutefois légèrement plus rapide.

L’impression 3D MJF fonctionne de la façon suivante. D’abord, à partir d’un modèle CAO préparé par le logiciel propriétaire de HP, le modèle est envoyé à l’imprimante. L’opérateur de la machine charge ensuite la chambre à poudre manuellement.

Un réapprovisionneur en poudre (un rouleau) étale ensuite une fine couche de poudre sur le plateau d’impression. Les têtes d’impression de l’imprimante peuvent alors commencer à imprimer la première couche. Pour ce faire, elles projettent sélectivement un agent de fusion (en d’autres termes, une sorte de colle) sur la poudre, dessinant ainsi les objets. Un agent de finition est simultanément déposé sur les contours des pièces pour améliorer leur résolution.

Les agents de fusion et de finition sont sensibles à la chaleur, et c’est ainsi que la magie opère : une fois que les têtes d’impression ont déposé les agents liquides, une lampe chauffante solidifie et consolide les zones où ils sont présents. Ensuite, le plateau de construction s’abaisse, et le rouleau étale une autre fine couche de poudre sur la précédente. Le processus se répète jusqu’à ce que l’objet soit terminé.

Le post traitement et l'impression 3D MJF

Après l’impression, l’opérateur de la machine doit amener les pièces à une station de post-traitement pour les nettoyer. Ce processus est semi-automatisé sur les machines HP, mais l’excès de poudre doit être retiré à la main. La poudre inutilisée est recyclée pour les prochaines créations.

Après l’étape de dépoudrage, les pièces subissent un processus de microbillage. Un jet à haute pression projette de fines billes de verre sur les pièces. Le but est d’améliorer la qualité des surfaces et d’éliminer tout résidu de poudre.

Les pièces imprimées en 3D par MJF ont une résolution élevée, des propriétés mécaniques isotropes constantes et peuvent être produites rapidement. En matière de qualité et de fonctionnalité, la technologie Multi Jet Fusion est à bien des égards supérieure à la modélisation par dépôt de filament fondu (FFF) et à la stéréolithographie (SLA). Son principal concurrent est le SLS. 

Comme dans le cas du SLS et d’autres technologies PBF, les pièces MJF peuvent être imprimées sans structure de support. En effet, la poudre non fusionnée agit elle-même comme support. Cela permet de réaliser des géométries complexes.

Les imprimantes Multi Jet Fusion sont principalement destinées à un usage industriel, et sont notamment très répandues dans les entreprises offrant un service d’impression 3D à la demande. La plupart des imprimantes 3D HP MJF coûtent plusieurs centaines de milliers d’euros. HP a toutefois récemment lancé quelques modèles plus abordables (<100 000 euros).

Si les imprimantes MJF sont généralement plus chères que les imprimantes 3D SLS, elles peuvent être plus rentables à d’autres égards. D’une part, la lumière infrarouge est une source d’énergie plus efficiente que les lasers. D’autre part, la poudre excédentaire des impressions MJF peut se recycler et réutiliser à un taux d’environ 80 %. En SLS, il n’est généralement possible de réutiliser qu’environ 50 à 70 % du matériau.

La vitesse d’impression constitue un autre avantage : selon un livre blanc publié par HP, des tests et simulations internes ont permis de constater que le MJF pouvait être jusqu’à 10 fois plus rapide que ses concurrents. Cette affirmation n’a cependant pas été vérifiée par des analystes indépendants.

Bien que HP propose quelques (et coûteuses) imprimantes Multi Jet Fusion à couleurs photoréalistes (« full-color »), la majorité de la gamme MJF produit des pièces d’une couleur gris terne, caractéristique du matériau PA12 de HP.

Un autre inconvénient est l’important post-traitement nécessaire, dont le dépoudrage et le microbillage. Ces processus sont chronophages, et le microbillage peut parfois même endommager les détails les plus fins des pièces MJF. 

 

Les imprimantes Multi Jet Fusion utilisent principalement le HP PA12 (un nylon). Ce matériau d’ingénierie offre des propriétés mécaniques équilibrées, des finitions de surface fines, une bonne résistance chimique et la possibilité d’être teinté à l’eau. Les pièces MJF en PA12 peuvent être étanches, et le matériau a une tolérance de base de +/— 0,3 mm qui convient à de nombreuses utilisations.

Il existe quelques autres options, notamment le PA11 (pour les pièces ductiles) et le polypropylène (PP) du géant chimique BASF. HP, via son projet Open Platform, cherche aussi à diversifier sa gamme de matériaux en partenariat avec d’autres acteurs.

 

Les pièces imprimées en 3D par MJF offrent une bonne solidité et résistance aux températures modérément élevées. On peut ainsi utiliser le MJF pour produire, par exemple, des boîtiers de moteur, soufflets, gabarits, et plus encore. Voici quelques cas d’application spécifiques.

Michael Nunnery, prothésiste américain, a fait appel à un service d’impression MJF local pour produire une emboîture de jambe fonctionnelle. Selon Nunnery, le patient concerné était plus que satisfait, ajoutant : « Son ancienne emboîture était mal ajustée et très lourde. Il est ravi de gagner en légèreté. »

La société néerlandaise de robotique Avular fait appel à Materialise, un service d’impression 3D à la demande, pour créer des pièces de drone personnalisées. Avular profite de ce partenariat pour produire divers éléments, allant des guides de câblage aux supports de batterie. L’entreprise dit apprécier la possibilité de personnaliser les objets à la volée et de pouvoir les recevoir sous une semaine.

Dans le Michigan, General Motors (GM) a ouvert un centre d’impression 3D offrant des capacités MJF. GM s’en sert pour produire des conduits HVAV sur des Cadillac CT4-V et CT5-V, entre autres cas d’utilisation. 

HP concentre une partie de ses efforts sur la diversification des matériaux proposés ainsi que de sa gamme. Son objectif est d’offrir plus de polyvalence tout en abaissant les coûts pour ses utilisateurs et futurs clients.

Si HP détient aujourd’hui des brevets pour sa technologie, d’autres entreprises pourraient-elles les contourner et développer des variations du MJF ? Le temps nous le dira. Pour l’instant, HP a produit l’une des innovations récentes les plus convaincantes dans le domaine de la fabrication additive. Elle aura certainement de nombreuses applications additionnelles dans les années à venir.