Dans le domaine de la fabrication de pièces métalliques, la précision et la qualité sont essentielles. L’impression 3D de cire pour la fonte à cire perdue offre une méthode innovante pour créer des moules précis et détaillés, modifiant ainsi le processus traditionnel de fabrication. Cette technique émerge comme une solution prometteuse, offrant de nouveaux horizons dans la production de pièces métalliques. Découvrons ensemble cette approche novatrice.
Associer les termes « impression 3D » et « cire » peut prêter à confusion, car il s’agit en réalité d’une méthode indirecte. En effet, l’impression 3D n’est pas utilisée pour créer la pièce finale, mais plutôt comme étape intermédiaire du processus. Cette technique permet de produire des pièces en cire qui serviront de modèle pour la pièce définitive. La cire ne constitue donc pas le matériau final de la pièce, elle est simplement utilisée pour façonner sa forme avant d’être fondue. Comme cette forme en cire est finalement détruite, « perdue », ce processus est communément appelé la « fonte à cire perdue ».
La méthode de la cire perdue est un processus de moulage qui permet de créer des pièces moulées avec une grande précision dimensionnelle, des détails fins et une qualité de surface élevée, nécessitant généralement peu d’étapes de finition. L’impression 3D de cire poursuit ces mêmes objectifs, mais avec la différence notable que le modèle de base est fabriqué par impression 3D plutôt que par des méthodes manuelles traditionnelles.
L’impression 3D de cire est principalement utilisée pour créer des modèles pour la fabrication d’objets en métal, qu’ils soient précieux ou non. La cire offre l’avantage de se consumer pratiquement sans laisser de résidus, éliminant ainsi le besoin d’un traitement complexe du moule. Il existe des filaments et des résines conçus pour cet usage, offrant ainsi une variété de choix. Grâce à la technologie 3D, il est possible d’imprimer une large gamme de designs et de combiner la qualité de la fonte avec des structures complexes. Examinons de plus près ce processus.
Le processus d’impression 3D de cire débute par la conception de la pièce finale à l’aide d’un logiciel de modélisation 3D ou de scans d’objets existants. Ensuite, le modèle est imprimé en utilisant une matière plastique qui imite la cire, grâce à une imprimante 3D réglée pour ce matériau particulier. Si le design est complexe, des supports d’impression peuvent être nécessaires pour maintenir la structure pendant l’impression. Une fois l’impression terminée, ces supports sont retirés et le modèle est soigneusement nettoyé pour éliminer toute imperfection. Parfois, une étape de ponçage de la surface est nécessaire pour garantir un rendu lisse et uniforme.
Une fois le modèle en cire imprimé et préparé, il est fixé (parfois avec d’autres modèles similaires) sur un « arbre de coulée ». Il s’agit d’une barre creuse qui sera plongée avec le modèle en cire dans une masse liquide. Cette dernière va sécher et durcir et servir de coque extérieure et de moule de coulée. Cette masse peut être faite de matériaux tels que la céramique, l’argile ou le plâtre. Lors de la montée en température de cette couche externe, la cire ou le matériau plastique en cire est fondu ou brûlé. La cire liquide ou les gaz formés sortent par les trous de coulée, laissant une cavité précise qui correspond exactement à la forme du modèle d’origine.
Cette cavité est ensuite utilisée comme moule pour couler le matériau final, généralement un métal tel que le laiton, l’argent ou même l’or. Une fois le matériau coulé et solidifié, le moule est brisé pour révéler l’objet fini, qui peut ensuite être soumis à des étapes de post-traitement en fonction de l’application et du matériau utilisé.
Différents procédés peuvent être utilisés pour la création des modèles de cire en impression 3D. Ici, nous ne parleront que de la partie impression 3D, pas de la fonte de métal.
Bien que la technologie FDM puisse être utilisée avec un filament similaire à de la cire, les méthodes SLA et de Material Jetting sont plus couramment employées pour des raisons de précision (FDM : 200µm, SLA : 50µm)
En FDM, un filament comme celui de Polymaker PolyCast Cire Perdue peut être utilisé avec n’importe quelle imprimante FDM. Il s’imprime à environ 200°C comme un PLA plus classique et peut être post-traité.
En SLA, la Résine de Cire Castable proposée par FormFutura offre également la possibilité de créer ses modèles en cire.
Ces deux produits brûlent ou fondent sans trace et permettent des reproductions fidèles et précises. Vous trouverez plus de détails sur les fiches de ces produit en cliquant sur ces derniers.
Les cires sont classés en trois catégories : naturelles (ex : cire d’abeille ou de soja…), minérales (ex : paraffine…) et synthétiques (ex : cire de polyoléfine utilisée en cosmétique, cire hydrosilée…).
Ce sont ces dernières qui sont principalement utilisées en impression 3D. S’il y a besoin de supports, des cires spéciales, avec un point de fusion plus bas, peuvent être utilisées pour les éliminer facilement tout en préservant le modèle en cire.
Bien que l’impression 3D de cire soit une niche, elle offre des solutions uniques. Cette technologie présente de vastes possibilités dans divers secteurs.
En ce qui concerne les applications, l’impression 3D de cire trouve une large utilisation dans divers domaines où la précision et les détails sont essentiels.
Par exemple, en odontologie (médecine des dents), elle est employée pour créer des matériaux d’empreintes dentaires. Dans le domaine médical, elle permet la fabrication d’implants comme les cupules acétabulaires, utilisés dans les prothèses de hanche et caractérisées par leur surface complexe (visible à gauche) contenant des ancrages filigranes.
Dans la mécanique, elle est utilisée pour produire des modèles originaux et des modèles en fonte. Ce procédé trouve également des applications dans le modélisme, permettant la création de pièces miniatures et de collections.
Cependant, c’est dans le domaine de la joaillerie que l’impression 3D de cire est particulièrement prisée. Les bijoutiers l’utilisent pour créer des prototypes et des pré-séries, puis utilisent ces modèles comme moules pour couler des métaux plus ou moins précieux et produire les bijoux finaux.
Des métaux précieux tels que l’or ou l’argent sont le plus fréquemment fondus pour ce genre de créations.
Avantages
Comparé aux autres technologies d’impression 3D pour créer des objets métalliques géométriquement complexes, le moulage à la cire perdue est plus facile à appréhender et est peu coûteux à produire.
Avec cette technique, vous n’avez pas besoin d’une imprimante 3D à fusion laser directe de métal ou de fusion par faisceau d’électrons coûtant plusieurs dizaines, voire centaines de milliers d’Euros. Il vous faut juste une imprimante 3D FDM ou SLA et les bons matériaux pour commencer. Néanmoins, il faut bien être équipé côté four et fonderie, ce qui n’est pas donné à tout le monde.
Il est tout de même satisfaisant de fabriquer ses propres pièces complexes en métal aussi « simplement ».
Inconvénients
Les entreprises cherchant à produire un plus grand nombre de pièces rapidement préféreront la fusion laser directe de métal ou la fusion par faisceau d’électrons, car elles peuvent créer plusieurs pièces à des vitesses plus élevées sans nécessiter de main-d’œuvre manuelle.
La courbe d’apprentissage est assez raide. En effet, verser le métal en fusion correctement pour que chaque crevasse soit bien définie est une compétence qui prend du temps à acquérir. Par conséquent, il est fréquent que les premier projets soient ratés et des matériaux gaspillés. Un exemple de moulage incomplet est visible à droite.
En conclusion, l’utilisation de l’impression 3D avec la fonte à cire perdue offre une des avantages significatifs dans divers domaines professionnels et amateurs. Cette technologie permet une grande précision, des détails complexes et une flexibilité de conception tout en conservant une méthode de production abordable et accessible. Malgré quelques inconvénients tels que la nécessité d’une certaine expertise technique et le processus plus laborieux de fonte, cela reste une option attrayante pour ceux qui cherchent à créer simplement des pièces métalliques complexes et de qualité.
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