Plate-forme Alterinov : Fabrication additive des céramiques

ALTERINOV : la première plate-forme française dédiée aux technologies de fabrication additive pour les céramiques au service des entreprises.

Acteur depuis près de vingt ans dans le domaine de l’impression 3D des céramiques, le CTTC a naturellement suivi les dernières évolutions technologiques pour renforcer son offre de services auprès des entreprises. Avec près de 2 millions d’euros investis dans de nouveaux équipements et des projets de développement en lien avec la fabrication additive de pièces et composants céramiques, le panel technologique et le savoir-faire disponibles au travers de CTTC-Alterinov sont uniques en Europe.

La plate-forme Alterinov, située au cœur de la technopole Ester à Limoges, compte déjà sept technologies de fabrication additive et un ensemble de moyens annexes de préparation des matières et de contrôle.

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Objectifs d'Alterinov

  • offrir un ensemble de services de recherche et développement afin d’accompagner les entreprises dans leur appropriation des nouveaux modes de production que sont les technologies de fabrication additive,
  • permettre d’accéder aux dernières innovations en limitant le risque d'un investissement,
  • réduire le délai de mise sur le marché de nouveaux produits.

Domaines d'application visés par Alterinov

  • céramiques techniques
  • céramiques traditionnelles
  • composants intelligents et multimatériaux
  • systèmes communicants
  • électronique imprimée

 

Notre vidéo de présentation


Technologies 

 

 

Impression 3D par projection de liant

3dpL'impression 3D par projection de liant sur un lit de poudre (Binder jetting) consiste en 4 étapes :

  • Le dépôt d’une fine couche (50 à 300µm) de poudre sur le plateau de travail ;
  • Le laminage de cette couche par un rouleau ou un racleur ;
  • La projection de gouttelettes de liant par une tête d’impression jet d’encre selon le motif souhaité ;
  • Le déplacement descendant du plateau de travail d’une épaisseur de couche puis la répétition des étapes (1) à (4).

Après fabrication complète de la pièce, celle-ci est nettoyée simplement en évacuant la poudre « non collée » à l’aide d’un pinceau ou d’un jet d’air. Ce procédé ne nécessite pas la construction de supports, cette fonction étant assurée par le lit de poudre lui-même.

La technologie de projection de liant est particulièrement intéressante pour des applications nécessitant un faible coût de fonctionnement puisque celui-ci est principalement lié à la poudre qui est mise en œuvre dans la machine, et qu’il est possible de recycler les poudres qui ne sont pas directement consommée pour la fabrication de la pièce. En outre, la technologie permet d’atteindre les vitesses de fabrication les plus élevées à ce jour (jusqu’à 20l/h) et la fabrication de pièces de grands volumes. Ces avantages sont à mettre en balance avec la nécessité d’utiliser des poudres de granulométrie élevée et la présence résiduelle de porosité dans les matériaux.

Applications: membranes, réfractaires, substituts osseux, arts de la table ... 

 

 

Stéréolithographie laser

slaIssue des travaux de recherche menés au SPCTS (Laboratoire de Sciences des Procédés Céramiques et Traitements de Surface), cette technologie de fabrication de céramiques 3D utilise le principe de la stéréolithographie laser (SLA) : l'objet est construit en couches successives en utilisant un laser UV qui polymérise une pâte composée de résine photosensible et de céramique. Le composite ainsi formé subit ensuite un traitement thermique afin d'éliminer le polymère et procéder au frittage de la céramique.

Cette technologie est particulièrement bien adaptée à la fabrication de pièces techniques en zircone, alumine ou phosphate de calcium ayant des propriétés mécaniques comparables à celles obtenues par les procédés classiques de mise en forme.

* Le CTTC a confié à 3DCERAM la fabrication exclusive des pièces céramiques par le procédé SLA (brevet FR0201599).

Applications : Bijouterie, horlogerie, implants crâniens ... 

 

 

Frittage laser

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Le procédé de frittage LASER sélectif (SLS) consiste en 4 étapes :

  • Le dépôt d’une fine couche (60 à 150µm) de poudre sur le plateau de travail ;
  • Le laminage et la compression de cette couche par un rouleau ;
  • Le déplacement d’un faisceau LASER d’au moins 200W pour fritter sélectivement un motif bidimensionnel ;
  • Le déplacement descendant du plateau de travail d’une épaisseur de couche puis la répétition des étapes (1) à (4).

Après fabrication complète de la pièce, celle-ci est nettoyée en évacuant la poudre « non frittée » à l’aide d’un pinceau ou d’un jet d’air. Elle subit ensuite éventuellement une cuisson dans un four conventionnel pour finaliser le frittage du matériau.

Le procédé de frittage laser qui exploite également une « voie poudre » offre des avantages similaires au procédé de projection de liant, avec comme  principale différence que la pièce est partiellement ou totalement frittée pendant la construction. Cette technologie permet ainsi de réduire le temps de fabrication des pièces (pas de post-traitement thermique ou cycle de cuisson court) et de réaliser des pièces sur l'imprimante au plus prêt des côtes finales (near-net-shape).

** Le CTTC collabore avec l'ENSCI (Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle) pour la technologie SLS

Applications : réfractaires, membranes , implants ... 

 

 

Impression par micro-extrusion

fdmLa technologie FDM (Fused Deposition Modeling) trouve son équivalent dans le domaine des céramiques en ayant recours à une extrudeuse à vis ou à piston dans laquelle est introduite une pâte chargée de particules céramiques. La filière d'extrusion, généralement de petit diamètre est pilotée pour déposer un motif sur un support plan à partir d'un filament de pâte puis à renouveler l’opération pour le plan supérieur.

Cette technologie simple et peu coûteuse permet d'élaborer des pièces céramiques aux propriétés mécaniques élevées. L'épaisseur des couches est généralement de 0,4 à 1mm, ce qui autorise des vitesses de construction élevées mais une précision dimensionnelle faible.

Applications : pièces artistiques en porcelaine, arts de la tables, filtres céramiques ... 

 

 

Impression jet d'encre

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L’impression jet d’encre est une technique d’impression matricielle sans contact où des fines gouttes d’encre sont éjectées sur un substrat plan. L’impression jet d’encre peut être divisée en deux catégories de jet continu (continuous jet) et de goutte-à-la-demande (drop-on-demand). *** L’imprimante jet d’encre disponible au CTTC de marque CERADROP est basée sur le procédé goutte-à-la-demande. Dans cette technique, le module d’impression est constitué d’une rangée de buses qui peuvent être contrôlées séparément. Un actionneur piézoélectrique est utilisé pour déclencher l’éjection.

La technologie jet d'encre permet de générer des structures tridimensionnelles couche par couche, par dépôts successifs de micro-gouttelettes (quelques picolitres) d'un système céramique, métallique ou polymère, à partir de fichiers de trajectoires obtenus après traitement du volume global de la pièce définie par CAO. Les encres contenant des matériaux sèchent après impact sur le substrat ce qui constitue une couche. Plusieurs couches peuvent être empilées de cette façon avec différents matériaux afin de construire, couche après couche, un composant 3D multimatériaux.

Applications : composants pour l'électronique, antennes, capteurs, motifs tridimentionnels céramiques ou métalliques, fonctionnalisation de surfaces ... 

 

 

Impression jet d'aérosol

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L'impression par jet d'aérosol (Aerosol Jet Printing) est une technologie d'impression directe permettant de déposer une grande variété de matériaux : métaux, polymères, céramiques, composites, encres biologiques ... Elle utilise une buse spécifique qui permet de générer un flux de gouttelettes collimaté (aérosol liquide), et qui est pilotée pour déposer l'encre selon un motif prédéfini sur un substrat. Des motifs discrets peuvent être obtenus en plaçant un obturateur piloté sous la buse.

La technologie AJP est d'une grande flexibilité : elle est aussi bien adaptée aux surfaces planes qu'aux surfaces courbes, texturées, au remplissage de cavités ou de vias. Elle est utilisable pour des encres de faible et haute viscosité et permet l'obtention de traits fins (10µm) à larges (1mm) ainsi que la réalisation de motifs 3D.

Applications : Pistes conductrices, dépôt de brasure, capteurs, texturation et fonctionnalisation de surfaces ... 

 

 

Dépôt énergétique direct de céramiques

inpactLe CTTC développe la première technologie de fabrication additive par dépôt énergétique direct adaptée aux céramiques. La technologie INPACT (Inorganic Nanostructured Parts by Aerosol Cold Technology) est un procédé propriétaire permettant de réaliser des motifs tridimensionnels de grande finesse sur tout type de support (métallique, verre, plastique). Les céramiques déposées présentent une microstructure dense (>99%) sans qu'aucun traitement thermique ne soit requis.

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