voxeljet, un fabricant de machines spécialisé dans les moules en sable imprimés en 3D, a travaillé avec l’expert japonais en céramique AGC Ceramics Co, Ltd (AGCC) pour développer un nouveau matériau céramique haute performance pour l’impression 3D.
Baptisé Brightorb™, ce matériau a été développé pour la machine VX1000, une imprimante 3D que l’entreprise a dévoilée pour la première fois en 2019. Avec un volume de construction de 1000 x 600 x 500 mm, l’imprimante 3D lie les particules de céramique avec un liant inorganique, une couche à la fois.
Le matériau céramique est constitué de sable sphérique. Ses principaux composants sont l’oxyde d’aluminium (Al2O3) à 80 %, l’oxyde de zirconium (ZrO2) à 10 %, l’oxyde de silicium (SiO2) à 9 %, les minéraux Corundum, Baddeleyite et diverses sortes de ciment.
Au cours du processus d’impression 3D, le fabricant allemand explique que Brightorb est appliqué sur la plateforme de construction avec une granulométrie moyenne de 50 µm et une épaisseur de couche de 100 µm, puis lié de manière sélective avec un liant inorganique. Le liant inorganique se caractérise par sa grande compatibilité avec l’environnement car seule de la vapeur d’eau est produite pendant le moulage, ce qui signifie que le traitement de ce matériau améliore les conditions environnementales et de travail dans les fonderies.
En outre, la préparation de la céramique imprimée pour l’application finale nécessite une immersion des composants imprimés dans un liquide à base de silice. Ensuite, les opérateurs doivent les cuire dans un four de frittage pour garantir leur résistance. La plupart de la poudre non imprimée peut être retraitée, recyclée et réintégrée dans le processus d’impression.
« Nous avons remarqué depuis longtemps une demande croissante de géométries de composants de plus en plus complexes chez nos clients », explique le Dr Ingo Ederer, CEO de voxeljet. « Le grand avantage de la liberté géométrique de l’impression 3D est que les ajustements géométriques peuvent optimiser de manière significative le rendement et l’efficacité, par exemple, des moteurs ou des roues de turbine. Il est rare que des composants aussi complexes puissent encore être produits à l’aide de procédés de moulage conventionnels. En étroite collaboration avec AGCC, nous avons pu optimiser une VX1000 pour la poudre de céramique, de sorte qu’elle est parfaitement adaptée aux exigences difficiles du moulage des métaux. Tant en termes de résistance que de qualité de surface », déclare le Dr Ederer.
Les applications ciblées pour ce nouvel ensemble de matériaux céramiques comprennent les noyaux à haute performance pour le moulage en sable et le moulage à la cire perdue, les filtres en céramique, les composants structurels, ainsi que l’art et la conception de produits. Lorsqu’elles sont utilisées comme noyaux pour le processus de moulage à la cire perdue, les céramiques imprimées en 3D aident à reproduire des cavités complexes et filigranes dans les pièces moulées. voxeljet explique que dans ce processus, les noyaux filigranes sont combinés avec des modèles en cire conventionnels. Ces derniers sont enduits d’une bouillie de céramique et brûlés avant le moulage. Ce qui reste est un moule céramique creux dans lequel le noyau imprimé est toujours inséré. Du métal en fusion est ensuite versé dans le moule. Après refroidissement, le moule et le noyau sont retirés.
M. Ushimaru, directeur de la fabrication additive chez AGCC, est également satisfait : « Le Brightorb est une céramique haute performance qui convient parfaitement au moulage des métaux en raison de sa grande stabilité chimique, de sa résistance à la chaleur, de sa conductivité thermique et de sa faible dilatation thermique. Nous avons pu optimiser le jeu de matériaux de telle sorte que le facteur de rétraction des composants imprimés lors du processus de frittage en aval à 1 400 °C est inférieur à 1 %. Cela signifie que les composants sont également adaptés aux conceptions de noyaux filigranes. Grâce à la résistance au feu élevée, il est possible de couler des alliages dont le point de fusion est supérieur à 1 600°C. Dans l’ensemble, la céramique continuera à gagner en importance en tant que matériau à l’avenir, et il en va de même pour l’impression 3D en tant que technologie de fabrication. Nous sommes heureux de nous être engagés dans cette voie avec voxeljet et nous nous réjouissons de poursuivre notre étroite collaboration. »
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