EBM et SLM : différences et comparaisons

Il existe plusieurs technologies d'impression 3D pour les produits imprimés en trois dimensions. Les imprimantes 3D à lit de poudre sont l'une des nombreuses catégories d'imprimantes. Les imprimantes 3D à lit de poudre utilisent diverses méthodes pour faire fondre ou fritter la poudre afin d'imprimer un produit couche par couche pour former une pièce finie. Les imprimantes 3D ont besoin d'un dessin tridimensionnel, généralement un fichier de conception assistée par ordinateur (CAO), pour imprimer un produit 3D. Le fichier CAO est converti en de nombreuses couches successives qui seront imprimées dans un logiciel de découpage en tranches. Le slicer envoie ces informations à l'imprimante 3D pour lancer le processus d'impression. La source de chaleur pour l'impression de la poudre est généralement un laser ou un faisceau d'électrons. Les imprimantes 3D à lit de poudre sont plus précises que les autres technologies d'impression, ce qui permet de créer des pièces géométriquement complexes.

La fusion par faisceau d'électrons (EBM) et une technologie d'impression 3D similaire, la fusion sélective par laser (SLM), sont des technologies à lit de poudre qui impriment avec des matériaux en poudre à base d'alliages métalliques. La différence réside dans le fait que les EBM émettent un faisceau d'électrons plutôt qu'un laser (photons). Les technologies EBM et SLM produisent des pièces solides et denses à partir de poudres métalliques. L'EBM imprime des métaux et des alliages conducteurs, notamment le titane, le tantale, l'acier inoxydable, l'acier à outils, le chrome cobalt, le cuivre et l'alliage de nickel. De même, la technique SLM n'est utilisée que pour certains matériaux métalliques. SLM imprime de nombreux matériaux similaires, y compris des métaux purs comme le titane, l'acier à outils, le cuivre, l'acier inoxydable et le chrome cobalt. Le SLM imprime également l'aluminium, les alliages d'aluminium et les métaux précieux.

La fusion par faisceau d'électrons (EBM) est un procédé de fabrication additive utilisant un processus d'impression 3D et de la poudre de métal. Un champ magnétique guide le faisceau d'électrons produit par un canon à électrons. Le système EBM crée un produit à partir d'un dessin en trois dimensions. Le faisceau d'électrons utilise un filament de tungstène surchauffé pour émettre des électrons dans la chambre à vide afin de chauffer le matériau. Ces électrons voyagent à environ la moitié de la vitesse de la lumière et peuvent atteindre des températures allant jusqu'à 2 000°C. 

Le faisceau d'électrons fait fondre la poudre de métal pour créer un objet fini, couche par couche jusqu'à ce qu'il soit achevé. Une chambre à vide abrite le processus d'impression afin d'éviter l'oxydation du produit métallique dans le cadre du processus de fabrication. Parfois, les produits nécessitent un traitement thermique pour libérer les contraintes internes du produit fini.

Le procédé EBM permet d'obtenir des produits présentant d'excellentes caractéristiques physiques. Les produits sont solides et denses, mais aussi légers. Les produits ont une finition rugueuse, peuvent nécessiter une finition de surface supplémentaire et sont moins précis que d'autres technologies d'impression 3D. L'un des principaux avantages de la technologie du faisceau d'électrons est la vitesse d'impression : le faisceau peut se séparer en plusieurs endroits pour chauffer et imprimer la poudre simultanément. Le faisceau d'électrons à haute énergie préchauffe également la poudre avant la fusion pour accélérer le processus.

Les impuretés sont éliminées au cours du processus de fusion par faisceau d'électrons à haute intensité. Le procédé d'impression 3D EBM imprime principalement des composants dans les domaines de l'aérospatiale et de la médecine. Des produits sont également fabriqués dans les secteurs de l'automobile, de la défense et de la pétrochimie.

Caractéristiques de l'impression 3D EBM :

• Utilisée sur des métaux à haute température de fusion
• Les températures peuvent atteindre 2 000 °C.
• 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
• Période de refroidissement nécessaire
• Les pièces finies ne sont pas lisses
• Limité aux petites pièces
• Technologie propriétaire
• Des techniciens hautement qualifiés sont nécessaires pour faire fonctionner l'équipement EBM.

Si l'on compare l'usinage par électroérosion à l'usinage SLM, les avantages de l'usinage par électroérosion sont les suivants :

• L'EBM imprime plus rapidement
• L'EBM peut produire des températures de fusion plus élevées.

Les inconvénients de l'EDM par rapport au SLM sont énumérés ci-dessous :

• l'EBM ne peut être utilisé que sur des matériaux conducteurs
• L'EBM a une précision de produit moindre
• L'EBM nécessite une chambre à vide

La fusion sélective par laser (SLM) utilise un laser de forte puissance qui fait fondre la poudre métallique à l'aide d'un ou de plusieurs lasers. Jusqu'à 12 lasers peuvent être utilisés dans le processus. Contrairement aux autres lasers utilisés dans l'impression 3D, le SLM fait fondre complètement le matériau plutôt que de le fritter, c'est-à-dire de le fusionner sans qu'il n'atteigne l'état liquide.

Comme dans le cas de l'EBM, la SLM produit des pièces solides et denses avec peu de pertes de matériau. L'impression 3D SLM est utilisée pour fabriquer des pièces pour l'aérospatiale, l'automobile, le médical, le dentaire et l'outillage et les composants industriels. 

Caractéristiques de l'impression 3D SLM :

• Faible porosité
• Pièces solides
• Bonne précision dimensionnelle
• Faible perte de matière
• Contraintes internes
• Possibilité d'imprimer l'ensemble de l'assemblage
• Finition grossière

Les avantages de l'usinage SLM par rapport à l'électroérosion sont les suivants :

• Le procédé SLM permet d'imprimer des pièces ou des assemblages entiers plutôt que de simples composants.
• Le procédé SLM permet d'imprimer à grande vitesse ou avec une grande précision.
• La SLM dispose d'une gamme de matériaux plus étendue
• Elle peut être équipée de plusieurs lasers (jusqu'à 12).

Les inconvénients de la SLM par rapport à l'EDM sont les suivants :

• L'impression SLM est plus lente que l'EBM (monofaisceau).
• Les pièces SLM peuvent présenter des tensions internes

Il existe d'autres procédés d'impression 3D que l'EBM et le SLM. Il s'agit notamment des procédés suivants :

• Frittage laser direct de métaux (DMLS) - Semblable au SLM, le DMLS utilise un laser à fibre pour faire fondre la poudre. Le DMLS offre une précision supérieure mais une densité plus faible. Le DMLS nécessite également plus de structures de support.
• Dépôt d'énergie dirigée (DED) - Le DED imprime également des métaux, mais les options de matériaux comprennent des filaments et des poudres. Le DED peut imprimer des polymères et des céramiques en plus des métaux solides et denses. Le DED permet d'imprimer rapidement plusieurs matériaux et de fabriquer des produits de plus grande taille.
• Le frittage sélectif par laser (SLS) est très similaire au SLM. La principale différence réside dans le fait que le SLM imprime du plastique plutôt que du métal.

En résumé, l'EDM et la SLM sont des technologies d'impression 3D de métaux par fusion sur lit de poudre qui utilisent une source de chaleur à haute intensité pour faire fondre une poudre de métal et produire des produits solides et denses. L'EBM ne peut traiter que des métaux conducteurs et nécessite une chambre à vide. La SLM peut comporter jusqu'à 12 lasers pour accélérer l'impression et imprimer des assemblages de composants entiers.