Desktop Metal va développer un procédé de fabrication additive (AM) sophistiqué capable de produire en masse des pièces en métal dur sans cobalt(Co) pour l’armée américaine. L’entreprise de Boston a reçu une subvention de plusieurs millions de dollars du ministère de la défense (DOD) pour réaliser ce projet qui devrait améliorer considérablement la durabilité et fournir une méthode écologique pour produire en masse des métaux, des alliages, des cermets et des pièces composites aux propriétés supérieures pour les applications commerciales et celles du DOD.
Le 7 octobre 2020, Desktop Metals, fournisseur mondial de solutions AM en série et clés en main, a annoncé qu’il avait obtenu la phase I d’un projet de trois ans d’un montant de 2,45 millions de dollars pour financer le développement. La nouvelle vient après que l’armée américaine ait breveté en janvier 2020 un nouveau métal dur à base de carbure de tungstène (WC) sans Co, et ait ensuite chargé le Laboratoire de recherche de l’armée (ARL) de trouver le bon procédé pour fabriquer en masse des pièces avec ce métal.
En s’appuyant sur sa technologie AM exclusive, Desktop Metal mettra au point un procédé AM rentable et à haut volume, capable de transformer les nouveaux métaux durs sans cobalt en pièces complexes, nettes ou quasi nettes, sans utiliser d’outil. Le système de production de l’entreprise, qui sera utilisé pour les parties finales de ce projet, a été conçu pour imprimer en 3D des pièces métalliques à l’échelle. Il s’appuie sur la technologie SPJ (Single Pass Jetting) pour atteindre des vitesses d’impression jusqu’à 100 fois supérieures à celles des anciennes plates-formes AM de fusion par lit de poudre et pour livrer jusqu’à des centaines de milliers, voire des millions de pièces par an à des coûts compétitifs par rapport à la fabrication conventionnelle, suggère Desktop Metal.
“Le succès de ce projet permettra non seulement de fournir à la communauté des fabricants de métaux durs la solution sans Co tant désirée, mais aussi de développer une technique de traitement sans outil capable de transformer cette classe de matériaux en pièces de forme extrêmement complexe à des vitesses pouvant rivaliser avec la plupart des autres techniques de fabrication en gros volume, ouvrant ainsi de nouveaux horizons dans le domaine des métaux durs et de leurs applications”, a déclaré Animesh Bose, vice-président des projets spéciaux pour Desktop Metal et chercheur principal du projet de trois ans.
Le système de production de métal de bureau. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Business Wire.
Au cours des trois prochaines années, Desktop Metal tentera de développer un système de matière première et de liant pour le nouveau métal dur sans Co, d’utiliser son procédé SPJ pour imprimer au moins 200 000 pièces en une journée à partir d’une seule machine, et de fournir une analyse des coûts pour mettre à l’échelle la technique avancée de fabrication par jet de liant SPJ afin de réussir à fabriquer au moins 500 000 pièces prototypes.
“Le nouveau grade de métal dur sans Co devrait permettre d’obtenir un matériau très solide, très résistant, très dur et très résistant à l’usure”, a déclaré Nicholas Ku, ingénieur matériaux au sein de l’ARL du Commandement du développement des capacités de combat (CCDC) de l’armée américaine. “Nous pensons que la combinaison de ce nouveau matériau avec la technologie “Single Pass Jetting” de Desktop Metal aura des applications majeures non seulement dans le secteur de la défense mais aussi dans le secteur commercial. De plus, nous pensons que cette méthode combinée améliorera considérablement la durabilité, réduira l’utilisation d’un minéral de conflit et fournira un processus respectueux de l’environnement pour produire en masse des pièces aux propriétés supérieures”.
Selon la société, ce nouveau procédé pourrait changer le paysage du marché des métaux durs en carbure qui devrait atteindre 24 milliards de dollars d’ici 2024 et qui sert des applications à double usage, notamment des outils de coupe, des buses résistant à l’abrasion et aux produits chimiques, des pièces pour le secteur pétrolier et gazier, des pièces pour le transport hors route et pour l’industrie chimique et textile, le secteur aérospatial et de la défense, la construction, les produits de consommation, même les outils utilisés dans l’agriculture, les mines et les industries sidérurgiques et bien plus encore.
Le système de production est le premier système d’impression 3D en métal pour la production en masse de pièces métalliques complexes. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Business Wire.
Le projet AM métal a été confié à Desktop Metal par le U.S. Army Contracting Command – Aberdeen, Research Triangle Park, au nom du laboratoire de recherche de l’armée américaine, au consortium AMMP (Advanced Manufacturing, Materials & ; Processes) du National Center for Manufacturing Sciences (NCMS). Lisa Strama, PDG du NCMS, a décrit cet effort comme un excellent exemple de la capacité du NCMS et de l’AMMP à relier les technologies de pointe des entrepreneurs de défense non traditionnels aux agences gouvernementales afin de répondre aux besoins et aux exigences existants.
Le DOD cherche à développer des méthodes pour produire des matériaux en cermet de carbure de tungstène avec un système de liant sans cobalt et non dangereux, par des méthodes conventionnelles ou innovantes. En 2019, l’armée américaine a lancé un appel d’offres dans le cadre du programme Small Business Innovation Research (SBIR) visant à améliorer les performances balistiques en établissant une technique de production de cermets de WC à l’aide des nouveaux matériaux liants brevetés sans cobalt. De toute évidence, l’attribution de Desktop Metal correspond à ce programme SBIR, qui prévoit d’utiliser la technique de production développée dans la phase I pour fabriquer “des noyaux de projectiles de forme proche du filet et nette de la composition à base de WC”, puis d’intégrer complètement les nouveaux projectiles dans des systèmes de munitions de petit calibre, comme indiqué dans les paramètres de description de la sollicitation.
De nombreuses applications militaires utilisent des composites à base de tungstène, combinés avec des métaux de transition comme le cobalt. Cependant, bien que le cobalt soit un matériau hautement stratégique utilisé dans les capacités de défense, les chercheurs ont cherché des solutions innovantes qui peuvent remplacer le potentiellement dangereux et cancérigène cobalt comme système de liant dans les métaux durs du WC. La découverte de métaux durs respectueux de l’environnement est essentielle pour résoudre plusieurs problèmes critiques actuels, notamment les particules radioactives non durables émises lors de l’extraction du cobalt.
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