Fabrication additive des céramiques

Précurseur dans la fabrication directe des céramiques par des technologies additives, le CTTC utilise son savoir-faire sur les formulations et procédés céramiques pour repousser les limites actuelles de réalisation de pièces céramique 3D.

img_6625Les technologies de fabrication additive (ou impression 3D dans le domaine grand public) permettent de construire, par ajout de matière, des pièces de formes très complexes en trois dimensions. 

La fabrication additive (FA) céramique utilise les mêmes processus de conception et fabrication que ceux utilisés pour des pièces plastiques ou métalliques (voir chaîne de fabrication décrite ci-dessous). Toutefois, il faut généralement considérer le retrait au frittage du matériau lors de l’étape de CAO ainsi que les éventuelles déformations de la pièce. Les équipements FA sont également adaptés afin de tenir compte des spécificités des feedstocks céramiques.

De façon générale, il faut considérer la fabrication additive céramique comme l’étape de mise en forme dans le procédé de fabrication qui va de la préparation des matières premières à l’étape de cuisson puis éventuellement de finition (rectification de certaines côtes). Il n’en demeure pas moins que l’avantage de ces technologies réside dans la possibilité d’obtenir des pièces d’un haut niveau de complexité proches de leurs côtes finales (near-net-shape), sans qu’il y ait besoin de développer un outillage spécifique.

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Il existe de nombreuses technologies additives que l’on peut classer selon la typologie du procédé (voie poudre, voie liquide ou voie solide) ou selon 7 grandes classes de procédés retenus par l’ASTM International. Les technologies propres aux céramiques couvrent aujourd’hui l’ensemble de ces classes (cf. classification ci-dessous).

Les technologies couche-à-couche telles que le frittage sélectif par un LASER (SLS), la stéréolithographie (SLA) ou l’impression 3D sur lit de poudre permettent de réaliser des pièces dans des matériaux variés : alumine, zircone, HAP, nitrure d’aluminium, porcelaine … Leurs microstructures, leur propriétés mécaniques et esthétiques, leur coût de fabrication seront toutefois très divers en fonction des procédés employés. Il convient alors de choisir la technologie la plus pertinente par rapport aux prérequis technico-économiques. 

Les technologies par apport direct de matières telles que les procédés d’extrusion pilotée, fusion de filament (procédés FFF ou robocasting), par impression jet d’encre ou jet d’aérosol, permettent de déposer au sein d’une même couche différents types de matériaux. Des objets multimatériaux (par exemple céramique A/céramique B, ou céramique/métal) sont ainsi réalisables soit par la fabrication successive des différents matériaux, soit par fabrication simultanée (ce qui nécessitera une co-cuisson).

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Classification des technologies additives céramiques selon les 7 classes définies par l’ASTM .

Pour repousser les limites actuelles des technologies FA céramiques, le CTTC développe de nouveaux concepts et procédés au sein de la plate-forme ALTERINOV ou de son FabLab Easyceram, avec pour objectif de répondre aux enjeux suivants : 

  • Faciliter le développement de nouveaux produits (Prototypage Rapide, réduction du Time-to-market),
  • Développer des nouvelles technologies additives (Projet INPACT) ou des technologies 3D hybrides et multimatériaux (Projet Smart3DPrinting),
  • Apporter des fonctions inédites aux matériaux et composants (approche 3D / multimatériaux),
  • Implanter ces technologies dans une chaîne numérique à l’échelle industrielle (Usine du Futur),
  • Accompagner la mutation des emplois et des modèles économiques (FabLab).

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