Rapide Fabriquer des pièces en métal sans outillage ni soudure ? Pour les prototypes fonctionnels et les pièces à usage unique, les concepteurs* ont volontiers recours à l’impression 3D métallique. Avec le « Printed Casting », c’est tout aussi possible, avec des bonus. L’équipe CASTFAST explique ici brièvement les différences et les avantages de l’impression 3D par sablage.
Les procédés de fabrication additive offrent une grande liberté de conception, une grande flexibilité et des délais d’exécution négligeables. Elles sont parfaites pour la fabrication rapide et facile de prototypes ou de pièces complexes à usage unique.
Lorsque des prototypes fonctionnels de composants métalliques doivent être fabriqués en métal pour être testés, l’impression 3D métal était jusqu’à présent une méthode de fabrication rapide disponible (en plus du fraisage et de la construction soudée pour les géométries de composants plus simples). Grâce à l l’impression 3D sur sable une troisième voie a été ajoutée. L’impression 3D en sable (ou « Printed Casting ») est un procédé hybride qui combine de nombreux avantages de l’impression 3D avec la coulée traditionnelle.
Le procédé d’impression 3D métallique le plus couramment utilisé pour les prototypes, le Frittage sélectif au laser (SLS ou SLM pour Selective Laser Melting), construit la pièce à partir d’un lit de poudre métallique dans lequel la poudre est fusionnée par couches successives et ciblées à l’aide d’un laser.
Dans l’impression 3D en sable, ce n’est pas la pièce qui est imprimée, mais le moule en sable pour le moulage traditionnel en fonderie. Cela se fait à l’aide d’un procédé de « binding jetting », dans lequel le moule est construit à partir d’un lit de sable par l’application sélective d’un liant (généralement une résine furanique). Les procédés d’impression sont donc similaires. L’avantage de la construction à partir d’un lit de poudre par rapport aux autres procédés additifs est que le lit de poudre/sable fournit la structure de support, ce qui évite d’avoir à « imprimer » des supports séparés et à les retirer ultérieurement.
Les autres similitudes sont l’énorme liberté de conception ainsi que la vitesse et la flexibilité qui vont de pair avec le processus sans outillage. Intégration de fonctions, formes bioniques, optimisation de la topologie, itération rapide des variations de conception – tout ou presque est possible et fait le bonheur des équipes de développement. Mais il existe aussi des différences essentielles que les concepteurs peuvent exploiter habilement.
Dans l’impression 3D en sable, seule la fabrication du moule n’est pas conventionnelle. Les propriétés de la pièce résultante ne diffèrent pas de celles d’une pièce moulée traditionnellement réalisée avec un modèle (sauf, le cas échéant, dans le fait que sa géométrie complexe ne serait pas réalisable telle quelle avec les contraintes du processus avec un modèle). En revanche, les pièces imprimées en métal 3D ont des propriétés mécaniques très spécifiques que nous comprenons de mieux en mieux, mais qui sont souvent très différentes de celles des matériaux moulés.
Si le futur composant doit être fabriqué en tant que pièce moulée – en raison des propriétés mécaniques des matériaux de moulage (par exemple, l’amortissement des vibrations dans le cas de la fonte) ou pour des raisons de gestion – il peut être avantageux de fabriquer également des prototypes fonctionnels sous forme de pièces moulées.
Le choix de matériaux est généralement plus large dans le cas du moulage et comprend en outre des matériaux familiers pour lesquels on dispose de bonnes données et de valeurs empiriques. Tout ce qui peut être coulé dans des moules en sable est possible ici.
Un autre avantage de l’impression 3D en sable est que les moules peuvent être coulés chez différents fournisseurs. On pourrait ainsi imaginer qu’une pièce conçue comme une pièce en aluminium pour des raisons de poids soit d’abord coulée dans un moule en sable imprimé chez un fondeur d’aluminium, puis qu’après une rapide optimisation de la topologie, elle soit également fabriquée en fonte par impression 3D au sable chez un autre fournisseur, à titre de comparaison.
Bien que le choix de poudres/matières métalliques pour la SLS soit en augmentation constante, il reste limité par rapport à la diversité des matériaux de fonderie et des alliages spéciaux. Bien entendu, l’impression 3D métal peut passer d’un matériau à l’autre aussi facilement que l’impression 3D sable (parfois même chez le même fournisseur).
Un autre avantage de l’impression 3D en sable est qu’elle permet de produire des pièces moulées assez grandes. Les moules en sable sont couramment imprimés en plusieurs parties afin de créer des formes qui dépassent l’espace de l’imprimante 3D à sable. La pièce qui en résulte est néanmoins moulée d’un seul tenant.
L’impression 3D métal ne permet généralement pas de dépasser l’espace de construction de l’imprimante. De plus, les grandes pièces sont créées très lentement dans l’imprimante 3D métal et sont plus chères de plusieurs ordres de grandeur que l’impression 3D sable.
Enfin, l’impression 3D sur sable est une excellente passerelle entre le prototype et la production en série. Non seulement parce que les caractéristiques du prototype ainsi fabriqué sont immédiatement plus proches de celles de la pièce réelle, mais aussi parce que l’impression 3D sur sable convient parfaitement aux séries de démarrage et peut même être rentable comme procédé de fabrication finale pour les petites séries.
Dans le cas de séries de démarrage, l’impression 3D sur sable permet de commencer la production alors que les modèles sont encore en cours de construction pour la production en volume.
L’impression 3D sur sable combine les avantages de la fabrication additive avec des matériaux familiers. Pour la production de prototypes, cela présente un avantage décisif : elle combine liberté de conception et flexibilité avec réalisme – pour un développement de produits plus efficace.
Mais les avantages de l’impression 3D sur sable vont bien au-delà de la phase de prototypage. Même pour les pièces finales complexes et exigeantes, que l’on ne pouvait jusqu’à présent qu’imprimer directement, la règle est désormais la suivante : si le moulage est souhaité, il peut également être réalisé sans modèle, sans délais interminables, mais avec précision, liberté de conception et flexibilité.
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