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Fabrication additive et humidité

Impression 3D d'un logo Vaisala
Published: Jun 17, 2019
Mesures industrielles

La fabrication additive, en tant que technologie de fabrication industrielle commercialement viable, progresse dans la foulée de la tendance mondiale en faveur de la production à la demande, de la personnalisation, et parce qu'il est nécessaire de gagner du temps, de l'argent et d'économiser les matériaux. Qu'il s'agisse de fabriquer des pièces en plastique ou en métal, certaines matières premières, comme les poudres, les résines ou les filaments, sont hygroscopiques : elles retiennent l'humidité de l'air ambiant. Si une matière première contient un niveau élevé d'humidité, ses propriétés chimiques peuvent changer, ce qui aura potentiellement un impact négatif sur la qualité des produits finaux.

Fabrication additive métallique
La fabrication additive de pièces en métal commence à se développer, car elle offre de nouvelles solutions par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles. De nouvelles formes et techniques, auparavant très coûteuses voire impossibles à concevoir à l'aide des méthodes de moulage et d'usinage classiques, sont maintenant à portée de main. Les produits fabriqués avec une imprimante 3D sont bien plus légers tout en étant aussi solides (voire plus solides) que les produits équivalents produits à l'aide des méthodes conventionnelles. Ces caractéristiques sont particulièrement appréciées dans l'aéronautique, où les tolérances sont extrêmement serrées, car chaque gramme de métal gagné se traduit par d'énormes économies dans l'analyse du cycle de vie des produits.

Autre avantage notable de l'impression 3D métallique : les vitesses d'impression et de production sont décuplées. Cette technologie est déjà en train de remettre en cause les méthodes de fabrication traditionnelles dans la production de masse. La capacité à reproduire des produits de haute qualité est essentielle dans la production de masse et dans les applications de destination critiques telles que l'aérospatial, l'automobile ou le secteur médical. 

À de nombreuses étapes de la chaîne de fabrication, l'humidité joue un rôle important. Par conséquent, pour assurer une qualité homogène, il est crucial de veiller à ce que les conditions soient stables sur toute la chaîne de production dans les installations. La température et l'humidité doivent être contrôlées dans les installations de fabrication et de stockage des équipements et des matériaux pour garantir un produit de haute qualité. 

La fabrication additive de haute qualité exige des matières premières de qualité supérieure. Les matériaux en poudre, telles que les alliages d'aluminium ou de titane utilisés dans les process de fusion sélective par laser, sont sensibles à l'humidité dans l'air ambiant. Si la poudre retient une trop grande quantité d'eau, ses caractéristiques chimiques peuvent changer considérablement, ce qui affecterait la qualité de l'impression. Toutes les conditions de stockage, à l'intérieur ou à l'extérieur de l'imprimante, doivent être soigneusement surveillées si l'on veut être certain que les matières premières respectent les spécifications du fabricant.

Pour ce qui est des métaux, quelle que soit la méthode d'impression 3D utilisée, le process de fusion ou de frittage permet de fusionner la poudre métallique à la pièce solide. Ce frittage doit se faire dans un environnement inerte dont les niveaux en oxygène et en humidité sont faibles. Cet environnement peut être extrême pour les appareils de mesure, mais les conditions peuvent également être surveillées indirectement en mesurant le point de rosée des gaz en entrée et en sortie.

Fabrication additive plastique
On sait bien que plastique et humidité ne font pas bon ménage. Beaucoup de polymères étant hygroscopiques, ils retiennent l'humidité dans l'air ambiant. En tant que fabricant, vous ne souhaitez pas que les propriétés de vos matières premières changent, elles doivent rester aussi homogènes que possible. Ceci passe par un contrôle de haute qualité de l'humidité sur toute la chaîne de production, de la fabrication du filament à l'impression 3D.

La technologie Fused Filament Fabrication (FFF), également connue sous le nom de dépôt de fil fondu ou Fused Deposition Modeling (FDM), utilise un filament thermoplastique extrudé dans la buse d'impression couche par couche. De nombreux types de polymères, comme l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène), le PLA (acide polylactique) ou le PA (polyamide, plus connu sous l'appellation de nylon), servent à fabriquer ces filaments. Tous ces polymères sont capables de retenir l'eau dans des quantités qui varient selon leur type et l'humidité relative présente dans l'air ambiant. Les effets provoqués par l'humidité dépendent aussi du matériau. 

Certains matériaux, comme l'ABS, peuvent supporter des concentrations en humidité relativement élevées sans impact sur leur solidité, mais des problèmes peuvent survenir lors de l'extrusion. Si l'ABS est chauffé à plus de 200 °C, l'humidité absorbée s'évapore et se transforme en vapeur. La qualité d'impression en est affectée puisque la vapeur a un impact sur le flux de matériau. Certains matériaux, comme le PA (nylon), subissent une hydrolyse. Cela signifie que des molécules d'eau endommagent les chaînes du polymère lors de l'extrusion et le matériau perd sa force de tension.

Conclusion
Que vous fabriquiez des pièces en métal ou en plastique, vous devez contrôler drastiquement les conditions de toutes les pièces dans votre installation. Pour éviter les problèmes de qualité de production causés par l'humidité, vous avez besoin de mesures fiables. 

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