Impression 3D avec du cuivre

3D printing copper

Traditionnellement, le cuivre est un matériau très populaire en raison de sa conductivité thermique et électrique. Les développements récents ont ouvert de nouvelles possibilités dans la fabrication additive.

Le cuivre est un matériau extrêmement intéressant pour ses propriétés de conductivité et pour sa grande malléabilité.

Ces mêmes propriétés ont empêché son succès en tant qu’option viable pour l’impression 3D. Mais cela a changé.

La technique la plus courante pour l’impression 3D de cuivre est Powder Bed Fusion, qui utilise des faisceaux électroniques pour faire fondre les poudres de matériaux et « coller » le matériau. Lorsque la température baisse, le matériau se consolide.

Les procédés Powder Bed Fusion les plus populaires sont connus sous le nom de frittage laser sélectif ou en anglais Selective Laser Sintering (SLS), pour les plastiques, et de fusion laser, Selective Laser Melting (SLM), pour les métaux.

Bien que le SLM soit un excellent processus d’impression pour de nombreux métaux, il y avait un défi particulier en ce qui concerne l’impression 3D avec du cuivre.

Les propriétés de conductivité du matériau font que la chaleur des rayons électroniques est réfléchie plutôt qu’absorbée.

Un autre problème récurrent était le fait que la pièce imprimée se fissurerait lorsque la température chuterait trop vite et/ou trop bas.

Vers une solution: laser vert et préchauffage

L’année dernière, des chercheurs de l’Institut Fraunhofer en Allemagne ont défié le statu quo et mis au point une technique qui a rendu possible l’impression 3D de pièces en cuivre de haute qualité.

Leur solution était de changer le laser infrarouge d’une machine SLM en un laser vert. Cela semble simple, non ?

C’est un peu plus complexe que ça. Une rapide recherche sur Wikipedia nous apprend que le laser signifie amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement, ou en anglais, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. En bref, les lasers sont des sources lumineuses caractérisées par leur longueur d’onde dans le vide. Chaque type de laser projette un faisceau concentré à l’aide de rayonnements stimulés.

La lumière de ce laser vert pour les imprimantes SLM développées par l’institut allemand est mieux absorbée par le cuivre ce qui facilite la fusion du matériau.

Mais le problème de la fissuration due aux baisses de température était toujours present. La solution était de préchauffer le matériau avant de commencer le processus d’impression, ce qui est suffisant pour éviter une chute de température énorme.

Cette technique est la première véritable alternative pour l’impression 3D en cuivre, présentant une opportunité formidable pour les fabricants.

Le fabricant de machines TRUMPF a appliqué ces technologies dans sa nouvelle machine, le TruPrint 5000.

La machine utilise TruPrint Laser Metal Fusion (LMF), un laser vert, et préchauffe le matériau à 500° C.

Le TruPrint 5000 a été présenté au salon Formnext, un salon de l’impression 3D à Francfort en novembre 2018.

La machine imprime également avec d’autres métaux précieux, non seulement avec du cuivre.

green laser

La couche de poudre de cuivre est exposée à un laser vert pendant le processus d’impression 3D SLM. Source: Fraunhofer ILT

Poudre de cuivre

Si les défis de l’impression avec du cuivre sont effectivement surmontés, le cuivre a le potentiel d’être largement adopté dans la fabrication additive.

Comme indiqué : le cuivre a des propriétés thermiques intéressantes et, avec les avantages de AM, en particulier la liberté de conception, rend le processus de fabrication additive bénéfique pour de nombreuses applications thermiques.


Pour anticiper la demande de cuivre en AM, plusieurs sociétés développent des poudres et alliages de cuivre spéciaux pour le marché de l’impression 3D, notamment Heraeus, Oerlikon et Stratasys.

Curieux de connaître le coût d'impression de votre pièce avec du cuivre?

Applications

Le cuivre est un métal souple, malléable et ductile. Le cuivre est un métal natif avec une couleur rouge-orange. Il a une conductivité thermique et électrique très élevée.

Les applications du cuivre sont :

  • Câblage électrique (le cuivre est conducteur de chaleur et d’électricité,
  • Matériaux de construction pour la toiture, la plomberie, les éléments décoratifs et les sculptures (par exemple, la Statue de la Liberté est en cuivre). Le cuivre s’oxyde et prend une couleur vert clair.
  • Composant de divers alliages métalliques, tels que le bronze (un alliage cuivre-étain) et le laiton (un alliage cuivre-zinc) et l’argent (alliage argent-cuivre)
  • Machines et moteurs
  • Applications marines: le cuivre est bio-statique, les bactéries ou autres formes vivantes n’y pousseront pas. Il a été utilisé dans les expéditions pour empêcher la croissance des coques.
  • Éviers, robinets, poignées de porte, mains courantes, etc. Le cuivre étant bio-statique, il est utilisé (dans divers alliages) dans des appareils gérés par de nombreuses personnes, pour éviter la propagation des bactéries.

Conclusion

En résumé, l’impression 3D au cuivre devient rapidement une réalité. Les obstacles techniques sont surmontés et les grandes entreprises développent des alliages de cuivre en prévision de la demande du marché.

Make the switch to Additive Manufacturing

Find out how your business can benefit from AM. Beamler helps you identifying what parts you should be manufacturing with 3D printing.