Ces dernières années, la technologie d'impression 3D métal par laser a connu un essor considérable en Chine, avec des entreprises leaders comme Polylite, Farsoon High-Tech et Yijia 3D qui se développent rapidement. Dans le domaine de l'impression 3D métal par faisceau d'électrons, un fabricant chinois de premier plan, SLAM, est également présent.

Canon à électrons développé en interne, fortement impliqué dans les équipements de fusion sélective par faisceau d'électrons

Contrairement à la plupart des fabricants d'imprimantes 3D métal qui utilisent le laser comme source de chaleur, SLAM s'est fortement impliquée dans la technologie d'impression 3D métal par faisceau d'électrons. Comptant parmi les premières entreprises chinoises à développer des équipements SEBM commerciaux, SLAM a lancé le premier équipement SEBM commercial du pays en 2015 et a réalisé de nombreuses ventes. En 2023, face aux limitations liées à la précision, au coût et à la durée de vie des canons à électrons, SLAM a développé un canon à électrons à chauffage indirect unique en son genre, caractérisé par une haute précision, une forte puissance, une longue durée de vie et un faible coût. Ce canon à électrons permet un contrôle indépendant de ses composants essentiels. Sa puissance maximale atteint 10 kW, ce qui permet de préchauffer rapidement le large plateau de métallisation à plus de 1100 °C et d'améliorer considérablement l'efficacité d'impression. En modifiant les caractéristiques de la section transversale de la cathode, le diamètre du faisceau peut être contrôlé à haute puissance et balayé avec précision sur une large zone, avec un diamètre inférieur à 100 µm, répondant ainsi aux exigences de fabrication de haute précision. La durée de vie de l'ensemble cathodique du canon à électrons est supérieure à 500 heures, ce qui équivaut à la durée de vie réelle d'une cathode LaB6 à chauffage direct, répondant ainsi aux besoins de fabrication de pièces de grande taille ou d'impression par empilement à long terme ; la cathode et la cathode auxiliaire du canon à électrons sont toutes deux en tungstène, ce qui leur confère une bonne durabilité et un coût inférieur à 30 % de celui d'une cathode LaB6 à chauffage direct, répondant ainsi aux besoins de production de pièces en série à faible coût.

Parallèlement, pour répondre aux besoins variés d'application, SLAM a lancé une gamme d'équipements SEBM dotés de canons à électrons interchauffés de différentes puissances. Ces équipements permettent le traitement de divers matériaux, tels que les alliages de titane, les métaux et alliages réfractaires, le TiAl et autres matériaux fragiles et difficiles à usiner, le cuivre et ses alliages, le zirconium et ses alliages, les alliages haute température à base de nickel, les matériaux composites céramique/métal, etc. Ils ciblent principalement les trois grands secteurs d'application que sont le médical, l'automobile et l'aéronautique.

●Y150 Plus, puissance du canon à électrons 3 kW, précision de formage ±0.1 mm, taille de formage 170×170×180 mm ;

●T200, puissance du canon à électrons 6 kW, précision de formage ±0.2 mm, taille de formage 200×200×450 mm ;

●H400, puissance du canon à électrons 10 kW, précision de formage ±0.3 mm, taille de formage 400×400×400 mm.

Grâce à ses équipements SEBM, protégés par des droits de propriété intellectuelle indépendants, SLAM a développé trois applications majeures dans les secteurs médical, automobile et aéronautique, notamment dans les domaines médical et automobile. Les implants orthopédiques et les bobines d'induction en cuivre pur, fabriqués par SEBM, sont désormais utilisés en masse par de nombreuses entreprises en aval. En 2023, les procédés de fabrication additive de grande série de cupules acétabulaires trabéculaires standardisées et de production en série de bobines d'induction haute fréquence en cuivre pur pour l'automobile, développés par SLAM, ont été sélectionnés par le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information comme exemples d'applications typiques de la fabrication additive. SLAM dispose d'un centre d'impression 3D équipé de plus de 50 machines SEBM, permettant à ses clients la production en série de pièces métalliques complexes.

Dans le domaine médical, la technologie SEBM présente de nombreux avantages : productivité élevée, faible coût de production, vide poussé, absence de traitement thermique et découpe au fil. SLAM, grâce à des équipements et des procédés protégés par des droits de propriété intellectuelle, a mis en place une ligne de production d'implants orthopédiques SEBM d'une capacité annuelle de 100 000 pièces. Cette ligne fournit principalement des ébauches d'implants orthopédiques, standardisées ou sur mesure, aux fabricants de dispositifs médicaux. Les produits comprennent des cupules acétabulaires, des prothèses de genou et des dispositifs de fusion intervertébrale, fabriqués à partir d'alliages de titane, de tantale et de zirconium-niobium. Outre la réduction significative du cycle de production, la fabrication en série d'ébauches d'implants orthopédiques par SEBM permet de réduire considérablement le coût de fabrication par rapport à la méthode traditionnelle d'usinage et de projection thermique.

De plus, grâce à ses atouts en matière de matières premières, d'équipements et de technologies, SLAM a accompagné avec succès Wuhan Mindray Technology Co., Ltd. dans l'obtention de la certification de dispositif médical de classe III délivrée par l'Administration nationale des produits alimentaires et pharmaceutiques en juillet 2023 (numéro d'enregistrement : Enregistrement médical national 20233131002) pour son système de cupule acétabulaire en alliage de titane. La structure poreuse de la cupule, imprimée en 3D par faisceau d'électrons, présente une connectivité tridimensionnelle à 100 %, une porosité élevée, un coefficient de friction élevé et un faible résidu de poudre. Elle favorise une excellente ostéointégration et assure la stabilité initiale de la prothèse après implantation. Le projet, de sa conception à sa certification, n'a nécessité que deux ans. Ce produit est le premier implant orthopédique chinois à obtenir la certification de dispositif médical de classe III grâce à l'utilisation d'équipements d'impression 3D par faisceau d'électrons et de poudres entièrement fabriquées en Chine. Cette réussite témoigne de l'existence, en Chine, d'un système de R&D et de production d'implants orthopédiques imprimés en 3D par faisceau d'électrons, indépendant, maîtrisé et innovant. Le responsable de SLAM a déclaré qu'en plus de Mindray, la société avait également aidé de nombreuses entreprises de dispositifs médicaux dans l'enregistrement et la certification des implants orthopédiques SEBM.

Dans le secteur automobile, afin de répondre aux besoins techniques du chauffage par induction des pièces automobiles, SLAM a développé un procédé de formage pour le cuivre pur et certains alliages de cuivre, et a mis au point des bobines d'induction en cuivre pur imprimées en 3D par faisceau d'électrons, disponibles en différentes spécifications. Comparées aux méthodes traditionnelles de formage des bobines d'induction (tournage, fraisage, perçage, rectification et soudage), les bobines en cuivre pur imprimées en 3D par faisceau d'électrons présentent les avantages suivants : haute densité (> 99.8 %), longue durée de vie (2 à 3 fois supérieure aux procédés traditionnels), excellente conductivité (98 % IACS), cycle de fabrication court (une pièce ne nécessite qu'un septième des procédés traditionnels) et bon durcissement.

À l'heure actuelle, les bobines d'induction en cuivre pur imprimées grâce à la technologie SEBM de SLAM ont été vérifiées et utilisées dans les lignes de production de plus de 20 entreprises leaders du secteur automobile en Chine, et l'expérience utilisateur est excellente.

Dans le secteur aérospatial, pour répondre aux besoins de fabrication des aubes de moteur en titane-aluminium, SLAM a spécialement développé le modèle T200. Grâce à sa hauteur d'impression de 450 mm, il est possible de superposer deux couches d'aubes métalliques. Selon un responsable de SLAM, l'impression de matériaux en titane-aluminium par la technologie SLM génère des contraintes importantes, les rendant vulnérables à la déformation et à la fissuration. En revanche, l'impression par la technologie SEBM permet d'atteindre des températures de préchauffage de plusieurs milliers de degrés Celsius, réduisant ainsi efficacement les contraintes et garantissant la stabilité et l'efficacité du moulage des aubes. Cette technologie a également trouvé de nombreuses applications dans la conception et la fabrication rapides de pièces à parois minces, de structures complexes, de structures allégées et de pièces intégrant des fonctions structurelles et fonctionnelles.

Contrairement aux équipements SLM, qui utilisent généralement des lasers et des galvanomètres importés, les fabricants d'équipements EBM doivent maîtriser eux-mêmes les composants essentiels du canon à électrons, ce qui représente un défi supplémentaire. Alors que la technologie SLM évolue vers des dimensions métriques et une stratégie multi-lasers, SLAM souhaite approfondir ses recherches sur la solution à canon à électrons unique et prévoit de développer prochainement un équipement capable de réaliser des pièces moulées de 650 mm grâce à ce canon.