Ces dernières années, la fabrication additive s’est fortement développée. Parmi les différentes technologies disponibles, la méthode Powder Bed Fusion (PBF), ou fusion sur lit de poudre, suscite un intérêt croissant. Cette technique, qui utilise une source thermique pour fusionner sélectivement des zones d’un lit de poudre, permet de produire des pièces 3D présentant d’excellentes propriétés mécaniques, souvent supérieures à celles obtenues par des procédés de fabrication soustractifs ou conventionnels tels que l’usinage CNC (Computer Numerical Control).
De plus, la méthode PBF rend possible la fabrication de pièces à partir de matériaux difficiles à usiner par des méthodes traditionnelles, comme les alliages de titane ou les superalliages à base de nickel (par exemple l’Inconel). De ce fait, elle connaît aujourd’hui de nombreuses applications industrielles, notamment dans les secteurs aéronautique et médical..
Le procédé PBF se décline en deux grandes catégories selon la source de chaleur utilisée :
- LB-PBF (Laser Beam Powder Bed Fusion), utilisant un faisceau laser
- EB-PBF (Electron Beam Powder Bed Fusion), utilisant un faisceau d’électrons.
Le Tableau 1 ci-dessous compare ces deux méthodes pour une même zone de fabrication:
Table 1: Comparison between EB-PBF and LB-PBF (single beam)- JEOL NEWS vol.60
| EB-PBF (JAM-5200EBM) | LB-PBF | |
| Preheat | Essential
(Small residual stress) |
None or Auxiliary
(Large residual stress, support essential) |
| Max. Beam output | 6 kW | 0,4 to 1 kW |
| Beam deflection | Electromagnetic deflection | Mechanical deflection (by Galvanometer mirror) |
| Beam scan speed | Max: a few 1,000 m/s | Max : a few m/s |
| Heat input efficiency | 80% or more for most metal materials | Largely differs depending on metal material and laser type, 5 to 40% for generally used fiber lasers |
| Build speed | A few 10 to 100cc/h | About 10 cc/h |
| Build atmos. | Vacuum | Inert gas |
| Roughness of build object | Sa: 20 to 40 µm | Sa: 10 µm |
| Powder Charging | With charging
(preheat needed to suppress charging) |
No charging |
| Powder removal | Blasting needed to remove pre-sintered body
(difficult to create water pipe & complex shape) |
Easy to remove powders
(possible to create water pipe & complex shape) |
Avantages de l’EB-PBF
Le procédé EB-PBF (Electron Beam Powder Bed Fusion) se distingue par la puissance de son faisceau d’électrons, pouvant atteindre 6 kW, soit une puissance six fois supérieure à celle des systèmes LB-PBF, dont les lasers plafonnent généralement autour de 1 kW.
Autre différence majeure : la vitesse de déflexion. Là où un système LB-PBF se limite à quelques mètres par seconde en raison de ses miroirs galvanométrique à commande mécanique, le faisceau d’électrons du EB-PBF est orienté par déflexion électromagnétique, atteignant ainsi plusieurs milliers de mètres par seconde.
Sur le plan de l’efficacité de conversion thermique, le EB-PBF est également plus performant. Le faisceau laser, qui est une onde électromagnétique cohérente, monochromatique et directive, présente une longueur d’onde (~1 000 nm) qui provoque une forte réflexion de l’énergie sur la surface des métaux. Par exemple, pour des matériaux comme le fer, le nickel ou le tungstène, l’efficacité de conversion thermique est de l’ordre de 30 à 40 %. Pour des métaux très réfléchissants comme l’aluminium ou le cuivre, cette efficacité est encore plus faible, ce qui constitue une limite importante du LB-PBF, avec de grandes variations selon le matériau utilisé.
À l’inverse, L’efficacité de conversion thermique par faisceau d’électrons est élevée (70 à 80 %) pour la plupart des métaux usuels, et reste autour de 60 % même pour des métaux lourds comme le tungstène. Un autre atout du EB-PBF est que cette efficacité reste stable quel que soit le matériau, tout en étant globalement plus élevée que celle du LB-PBF.
Grâce à ces performances, le EB-PBF est de plus en plus utilisé pour la recherche et le développement de matériaux à très haut point de fusion (supérieurs à 3 000 °C , comme le tungstène) ou difficile à traiter par laser en raison de leur forte réflectivité. Notre système JAM-5200EBM répond parfaitement à ces exigences : il permet notamment d’imprimer des pièces en tungstène pur, mais aussi d’autres matériaux réfractaires comme l’Inconel 718 et le cuivre pur. Disposer de tels équipements performants et modulables est essentiel pour accélérer le développement de nouveaux matériaux et optimiser les paramètres de fabrication.
Avec ses performances supérieures et sa grande flexibilité, la technologie EB-PBF ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication additive de pièces de haute performance. Nous développons en ce sens des solutions innovantes visant à améliorer la productivité, la qualité et la traçabilité de vos impressions 3D.
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Dans notre prochain article, nous présenterons le développement de nos nouveaux modules pour la JAM5200EBM, notamment le système de surveillance par imagerie BSE (électrons rétrodiffusés) et détection de défauts, ainsi que la conformité avec les normes AMS7032 pour la qualification opérationnelle de l’alliage Ti-6Al-4V.
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