Plus important encore, laquelle répond à mes besoins ?

Dans le numéro de mai/juin de 3D ADEPT Mag, nous avons partagé un aperçu des activités d’ULT AG, une entreprise internationale qui vise à éliminer les particules dangereuses dans divers procédés de fabrication.  Afin de développer une offre de produits dédiée à chaque industrie, y compris le domaine de la FA, la société fournit des conseils et des évaluations de produits pour tout ce qui concerne la lutte contre la pollution de l’air, la sécurité au travail ainsi que le séchage de l’air dans les procédés de FA du plastique et du métal. La première étape vers une utilisation appropriée des solutions de technologies de l’air consiste à comprendre leurs spécifications et la manière dont chacune de ces technologies doit être exploitée.

Dans ce dossier, Alexander Jakschik, directeur général/directeur technique d’ULT AG, aide les industriels à comprendre quand ils doivent recourir à des solutions de technologies de l’air et révèle des conseils clés pour savoir quelle solution de technologie de l’air répond le mieux aux besoins d’une entreprise.

Pourquoi ai-je besoin d’une solution de technologie de l’air ?

Tout d’abord, gardons à l’esprit que cet article se concentrera sur trois solutions principales fournies par ULT AG à l’industrie de l’air : l’extraction, la filtration et la technologie de séchage de l’air. Ces technologies peuvent être utilisées soit dans l’environnement général de production, soit plus spécifiquement en parallèle avec l’imprimante 3D.

La capacité de l’air à contenir et à transporter des liquides, des solides et des particules vivantes est assez négligée. La raison est parfois simple : comme nous ne voyons pas ces particules, nous ne pouvons pas évaluer correctement leur impact sur la pièce finale ou sur la santé de l’opérateur.

Pourtant, la recherche démontre que les pièces imprimées en 3D souffrent souvent de l’impact des impuretés dans l’environnement de construction. Ces impuretés dans la chambre de construction, même une fois purgées, peuvent avoir un impact néfaste sur la pièce imprimée en 3D ou altérer les propriétés mécaniques souhaitées de la pièce, en particulier lorsque des matériaux sensibles sont utilisés pendant la production.

Sept formes d’impuretés peuvent influencer le processus de FA, des machines et des produits ainsi qu’endommager la santé des opérateurs : les macro-poussières, les nanopoussières, les vapeurs de solvant, les gaz nocifs, les particules étrangères, l’oxygène dans les gaz inertes et l’humidité de l’air.

« Le processus d’extraction et de filtration commence toujours par la capture du polluant ou de l’air, car on ne peut filtrer que ce qui a été capturé auparavant. Les contaminants ou les flux d’air sont capturés au moyen d’éléments de captage spécialement conçus. C’est une étape très importante qui doit être accompagnée d’une grande expérience. En particulier, les contaminants dans la FA sont à l’échelle nanométrique et ne coulent presque pas au fond. Il faut beaucoup de savoir-faire pour capturer ces polluants atmosphériques », souligne Alexander Jakschik.

En effet, ces polluants se produisent à différentes étapes du processus de production, et ont donc un impact différent sur les opérateurs, le produit fabriqué ou même le fonctionnement de l’imprimante 3D.

La nanopoussière, par exemple, est généralement observée dans les processus de fusion, lors d’une production qui nécessite l’utilisation de matériaux en poudre.

Des vapeurs de solvants peuvent être libérées lors du dégazage de la résine synthétique liquide et du nettoyage des produits. Ces vapeurs de solvants peuvent être un poison pour les nerfs, peuvent causer des lésions oculaires ou encore peuvent constituer un risque pour la respiration de l’opérateur.

Des gaz polluants nocifs peuvent être libérés lors de la fusion de matériaux en poudre pendant les processus de production. En raison de la contamination des matériaux en poudre et des résines synthétiques liquides, ces polluants peuvent avoir un effet néfaste sur la pièce en cours de fabrication. En outre, sur le lieu de travail, les particules de poussière qui restent dans l’air peuvent contaminer les matériaux et avoir un impact similaire sur la pièce fabriquée.

Ces exemples montrent que les polluants atmosphériques peuvent avoir un impact à différents stades du processus de fabrication. C’est pourquoi, pour y faire face, ils nécessitent différents types de solutions en matière de technologies de l’air.

Dans cet esprit, Alexander souligne les différentes étapes du processus de FA qui nécessitent des solutions spécifiques :

« [Il existe] des solutions pour la préparation du processus de FA. La technologie de séchage est utilisée lors de la manipulation de la poudre dans des conditions de séchage définies pour une meilleure qualité des matériaux et du processus. La technologie d’épuration de l’air entre en jeu lorsque l’on travaille avec des poudres dans des conditions sûres et sanitaires.

Les solutions pour le processus de FA suivent ensuite. Des technologies d’épuration des gaz intermédiaires (par exemple, l’argon, l’azote) sont nécessaires pour des processus sûrs et stables. Ces solutions permettent d’obtenir des conditions stables pour l’air et les gaz. ULT propose des solutions pour la fusion en lit de poudre, l’extrusion de matériaux, et plus encore. Elles peuvent être mises en œuvre sous forme de solution intégrée.

[Et] les solutions pour le post-traitement. Cela comprend d’une part des aspirateurs pour le nettoyage des chambres de traitement, par exemple, et d’autre part le nettoyage de l’air sur les lieux de travail manuels, par exemple lors de l’enlèvement du matériau de support d’impression ou des phases de lissage. Ce dernier est également utilisé dans les stations de déballage ou les stations de dépoudrage ».

Technologie d’extraction pour le post-traitement – images via ULT AG

Très souvent, les contours de la fabrication additive ne sont évalués qu’à partir du prisme du processus d’impression. En mettant en évidence ces différentes étapes, le porte-parole d’ULT AG souligne également la nécessité d’aborder la question à la fois dans les phases de pré et post traitement de la fabrication.

Il est intéressant de noter que l’utilisation de chaque solution de technologie de l’air dépend également des technologies de FA utilisées, d’où la nécessité de savoir quelle solution convient le mieux à chaque fabricant.

Quelle solution convient à votre organisation ?

Les tâches de traitement de l’air peuvent être effectués aussi bien sur le traitement des poudres métalliques, plastiques et céramiques que sur le traitement des fibres plastiques et des résines synthétiques liquides.

Sur la base de la description susmentionnée de l’impact des polluants atmosphériques, on constate que les solutions des technologies de l’air s’adaptent principalement aux technologies de fusion laser sélective et de stéréolithographie. Toutefois, d’autres applications de ces technologies peuvent être explorées pour les procédés FDM et d’autres formes de technologies de FA des métaux, notamment la fusion par faisceau d’électrons et le soudage par dépôt laser.

Les technologies de séchage à l’air ainsi que les technologies d’extraction et de filtration peuvent être utilisées pour chacune de ces technologies de FA.

Les technologies de séchage à l’air entrent en jeu lorsque l’opérateur doit traiter des poudres tout en respectant les exigences de sécurité et de qualité. À cet égard, « il est important d’assurer une humidité constante de l’air dans les salles de stockage ou de production des poudres. Ceci afin d’éviter que l’eau ne se fixe sur la poudre et n’influence négativement la qualité du processus de fusion laser sélective ou ne conduise à la corrosion », déclare Alexander.

Les technologies d’extraction, en revanche, nécessitent l’utilisation de stations de déballage ainsi que de systèmes de post-traitement pour les procédés d’impression 3D métal. Comme leur nom l’indique, elles permettent d’éliminer les poudres qui se trouvent en aval du processus de FA dans un système optimisé.

« La poudre elle-même est de l’ordre du micromètre. Les particules qui sont créées lors du traitement sont à l’échelle nanométrique. Cette taille de particule ne coule pratiquement pas au fond et reste dans l’air. Elle peut donc être distribuée n’importe où dans la pièce ou traînée dans la maison. Ces particules franchissent la barrière sang-poumon et se répartissent dans tout le corps et le cerveau, où elles peuvent causer des dommages irréversibles.

En outre, il est conseillé de soumettre toute la zone de production à une purification de l’air afin de garantir la propreté du processus de production et d’éviter que les particules ne soient entraînées dans la pièce.

En outre, ULT AG fournit également des aspirateurs industriels. Ainsi, l’excès de poudre peut être éliminé en toute sécurité des machines et dans l’environnement de production », explique le porte-parole de l’entreprise.

Analyse de matériaux à partir d’un système de gestion de matériaux en poudre – Credit ULT AG

Les stations de déballage sont une étape supplémentaire vers l’utilisation flexible et l’industrialisation de la FA. Elles sont intégrées dans le système de gestion du matériel de FA et contribuent à établir une chaîne de traitement de la poudre sans faille. La bonne nouvelle, c’est qu’elles peuvent être utilisées quel que soit le nombre de machines de production.

Application des technologies de séchage à l’air avec la fusion sélective au laser

Les technologies de FA qui intègrent le procédé SLM nécessitent toujours l’utilisation de technologies d’extraction. Utilisées sous forme d’épuration des gaz, ces technologies permettent de maintenir un processus stable et sûr.

Comme l’utilisation des technologies de séchage à l’air/extraction est très répandue dans le cas de la fusion sélective au laser, ULT a acquis une grande expérience dans les applications de ce procédé de FA, et a mené des recherches supplémentaires dans ce domaine pour explorer de nouvelles possibilités dans la manière dont ils fournissent leurs solutions. 

Crédit : ULT AG – Système de séchage à l’air pour les procédés de SLM

« Sur base de l’expérience et de recherches intensives, [ils] ont défini un concept de filtre à plusieurs niveaux, par exemple pour les procédés de fusion laser sélective. Les particules grossières et fines sont filtrées en plusieurs étapes. Les filtres doivent être conçus de manière à pouvoir manipuler des substances inflammables ou explosives en toute sécurité. En ce qui concerne les systèmes de séchage à l’air, nous avons opté pour la technologie de sorption afin d’obtenir des températures de point de rosée extrêmement basses. Le composant le plus important d’un tel système est la roue de sorption/rotor à revêtement spécial. Il tourne à une vitesse adaptée au processus et absorbe l’humidité du flux d’air du processus. À contre-courant, de l’air chaud est conduit à travers le rotor de sorption, qui enlève l’humidité. L’air d’échappement chargé d’eau est ensuite rejeté dans l’environnement en dehors de la zone de processus », déclare le directeur général.

Réflexions finales

L’intégration des technologies de séchage à l’air nécessite de prêter attention à plusieurs paramètres, des spécifications des systèmes de FA à l’utilisation des matériaux mis en œuvre et au lieu de travail. Dans ce cas, un conseil personnalisé est souvent préférable car il peut déterminer l’efficacité du traitement de l’air d’une entreprise.

Plusieurs questions concernant ce sujet doivent encore être abordées, à la lumière du développement actuel des solutions de FA automatisées, mais la plus importante aujourd’hui est de sensibiliser à leur impact, car les substances nocives dans l’impression 3D sont un danger invisible et leurs effets ne seront probablement visibles que dans quelques années.

« Les particules et les substances gazeuses ne sont pas visibles (parce qu’elles sont à l’échelle nanométrique) et ne peuvent souvent pas être senties. Par conséquent, il n’y a pratiquement pas de prise de conscience du problème. Les effets ne sont souvent visibles que des années après l’application et ne sont alors plus réversibles. Les particules traversent la barrière sang-poumon et s’y répartissent dans le corps et le cerveau.

Je souhaite pour l’avenir que la compréhension de ce phénomène se développe de plus en plus et que nous puissions tous garantir des processus de production sûrs et propres à l’avenir », conclut Alexander Jakschik.

Ce contenu a été en collaboration avec ULT AG.