Céramique et Impression 3D – Enjeux et applications

F3DF a développé une compétence spécifique dans l’intégration des technologies d’impression 3D Céramique au sein des entreprises, en partenariat avec une entreprise française de référence sur les technologies et matériaux céramiques. Par notre accompagnement conjoint de professionnels et d’entreprises innovantes, nous sommes fiers d’œuvrer de participer à un soutien durable de l’innovation et de la compétitivité nationale.

DE LA CÉRAMIQUE À L’OBJET

De nombreux acteurs français se sont intéressés à l’impression 3D Céramique. Parmi les pionniers sur le sujet, on trouve le CTTC, avec des travaux ayant débutés dès les années 1990. Globalement, la fabrication additive (FA) des céramiques 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 l’application de ces technologies aux matériaux céramiques est très spécifique et requiert des machines adaptées et un savoir-faire métier pour réaliser des objets sans défauts. A la suite du CTTC, de nombreuses structures ont peu à peu travaillé sur des nouvelles formulations et des nouveaux procédés pour repousser les limites actuelles de réalisation des pièces céramiques 3D. Nanoe est aujourd’hui une des structures à la pointe dans le domaine en France.

Il faut voir la fabrication additive des céramiques comme une étape de mise en forme dans un procédé de fabrication complet qui inclut :

• La préparation des matières premières qui peuvent être des pâtes, des suspensions, des mélanges de poudre selon la technologie FA qui sera utilisée. Généralement dans ces matières premières, on trouvera les poudres céramiques mais également des polymères aidant à la mise en œuvre (photopolymère dans le cas de la technologie SLA ou thermoplastique dans le cas de la technologie FDM)
• L’impression 3D à l’aide d’un des procédés compatible avec les matériaux céramiques (voir
  Classification des technologies additives céramiques selon les 7 classes définies par l’ASTM
  International)
• le traitement thermique. C’est une étape essentielle pour consolider l’objet et lui donner ses propriétés finales (on parle de frittage).
• Enfin, éventuellement une étape de finition, par exemple une reprise en usinage ou un émaillage.

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

LES MATÉRIAUX DE RÉFÉRENCE DE L’IMPRESSION 3D CÉRAMIQUE

La formulation de la céramique selon l’application est un domaine complexe, pour l’impression 3D on retiendra 3 types de céramiques :

 Zircone
L’oxyde de zirconium (ZrO 2 ) qui a une couleur naturelle nacrée et peut être facilement colorée est par exemple souvent utilisé en bijouterie ou en dentisterie.

Alumine
L’alumine (Al O3 ) ou le carbure de Silicum (SiC) sont des matériaux de référence dans de nombreuses applications pour les céramiques techniques, ils serviront pour des pièces mécaniques résistantes aux températures élevées, ou des pièces légères pouvant équiper des satellites.

Phosphates de calcium
Enfin, les phosphates de calcium qui ont une composition chimique très proche de l’os, sont des matériaux utilisés dans le domaine biomédical pour la fabrication des substituts osseux.

Pour découvrir en détails les procédés de mise en œuvre des céramiques en impression 3D nous proposons 3 modalités de formation :

• Une formation complète pour être totalement indépendants dans vos projets d’impression 3D avec le Parcours de formation Impression 3D Céramique,
• Une simple initiation pour vous familiariser avec cette méthode de fabrication additive avec l’Introduction à l’impression 3D céramique en e-learning,
• Un kit pédagogique Impression 3D Céramique avec une mallette d’échantillons pour mieux comprendre les types de pièces que vous serez en mesure de produire (forme, état de surface…).

Nous avons développé un ensemble de solutions pour les entreprises qui veulent tester de nouvelles technologies, se former ou développer de nouveaux produits. Et si vous avez une idée ou un projet s’appuyant sur l’impression 3D en céramique, F3DF et Nanoe vous offrent un rendez-vous d’audit gratuit.

LES APPLICATIONS

Il existe beaucoup de domaines d’application pour la fabrication additive céramique : le bâtiment, la vaisselle, l’automobile, l’aéronautique, les télécommunications, l’électronique.

La tendance actuelle est d’hybrider différentes technologies de FA pour fabriquer des pièces à partir de plusieurs matériaux, par exemple des métaux avec des céramiques.

Aérosol jet pour la réalisation de circuits électroniques (pièces multimatériaux alumine/argent) par SLA et jet d’aérosol

Pièces en Alumine obtenue en SLA

Voxeljet VX 200 pour la réalisation de pièces par projection de liant sur lit de poudre

Pièces réalisées en projection de liants sur lit de poudre (alumine)

CONCLUSION

L’impression 3D céramique permet la fabrication de pièces fonctionnelles alliant précision (stabilité dimensionnelle) et propriétés exceptionnelles des céramiques techniques (résistance thermique et chimique). Le principal avantage des technologies additives céramiques est de pouvoir réaliser des pièces complexes au plus proche des cotes finales sans développer un outillage au préalable.