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28 Jan, 2024

Un procédé d’impression 3D rapide de métaux liquides permet de produire des pièces de grande taille en quelques minutes

Un procédé d’impression 3D rapide de métaux liquides permet de produire des pièces de grande taille en quelques minutes

Des chercheurs ont construit une machine qui fait fondre l’aluminium, conserve le métal fondu dans un récipient et l’introduit ensuite dans une buse pour l’impression 3D rapide de composants.

Des chercheurs ont mis au point une méthode d’impression 3D utilisant du métal liquide qui permettrait de produire des structures au moins 10 fois plus rapidement que les procédés existants de fabrication additive métallique, mais au détriment de la finesse des détails.

Le processus d’impression de métal liquide (LMP : Liquid Metal Printing) a été mis au point par une équipe comprenant Skylar Tibbits (codirecteur du laboratoire d’auto-assemblage du MIT et professeur associé au département d’architecture) et Zain Karsan (doctorant à l’ETH de Zurich), et a été financé en partie par le groupe Aisin, Amada Global et l’entreprise de meubles Emeco.

Inspiré par des travaux antérieurs sur le caoutchouc, le groupe de recherche a d’abord construit un four électrique de la taille d’un pain pour chauffer l’aluminium – un matériau couramment utilisé dans la construction – au-delà de son point de fusion. Le métal liquide est ensuite maintenu dans le creuset en graphite de la machine avant d’être acheminé par gravité à travers une buse en céramique.

« L’aluminium en fusion détruit à peu près tout sur son passage », explique Zain Karsan. « Nous avons commencé avec des buses en acier inoxydable, puis nous sommes passés au titane avant d’en arriver à la céramique. Mais même les buses en céramique peuvent se boucher parce que le chauffage n’est pas toujours uniforme à l’extrémité de la buse.

Le métal en fusion est extrudé sur une trajectoire prédéterminée formée sur un lit d’impression composé de billes de verre de 100 microns, où il durcit pour former une structure en 3D sans nécessiter de supports.

Malheureusement, bien que cette technique se soit révélée plus rapide que d’autres méthodes de fabrication additive utilisant le métal et qu’elle permette de produire des objets plus grands, elle le fait à des résolutions relativement faibles – ce qui signifie que le cadre de chaise en aluminium illustré ci-dessous n’est pas joli, mais qu’il est fonctionnel.

Les chercheurs ont fait la démonstration du procédé LMP en imprimant des pieds de table et des châssis de chaise en aluminium

Toutefois, l’équipe affirme que ce procédé pourrait non seulement permettre d’utiliser du métal recyclé ou de la ferraille, mais aussi trouver une application dans la construction et la conception industrielle, où la haute résolution n’est pas un attribut essentiel. Le matériau imprimé peut également supporter des opérations de post-usinage telles que le fraisage.

« Il s’agit d’une orientation complètement différente dans la façon dont nous envisageons la fabrication des métaux, qui présente d’énormes avantages », précise Skylar Tibbits. « Il y a aussi des inconvénients. Mais la majeure partie de notre monde construit – les choses qui nous entourent comme les tables, les chaises et les bâtiments – n’a pas besoin d’une résolution extrêmement élevée. La vitesse et l’échelle, ainsi que la répétabilité et la consommation d’énergie, sont des paramètres importants. »

Un autre avantage par rapport aux méthodes existantes, telles que la fabrication additive à l’arc, couramment utilisée dans les projets d’architecture, est que le métal étant en fusion tout au long du processus d’impression, il est moins susceptible de se fissurer et de se déformer.

L’équipe prévoit de continuer à peaufiner le processus afin d’améliorer le contrôle du flux et d’obtenir des températures de buse plus constantes pour éviter le colmatage.

« Si nous pouvions faire de cette machine un outil que les gens pourraient utiliser pour faire fondre de l’aluminium recyclé et imprimer des pièces, cela changerait la donne dans la fabrication des métaux », a ajouté Skylar Tibbits. « Pour l’instant, elle n’est pas assez fiable pour cela, mais c’est l’objectif.

Le développement est présenté dans un document qui a été récemment présenté à la conférence de l’Association for Computer Aided Design in Architecture.

https://news.mit.edu/2024/researchers-demonstrate-rapid-3d-printing-liquid-metal-0125