L'impression 3D (également connue sous le nom de fabrication additive) produit des pièces à partir de modèles numériques en utilisant une méthode couche par couche de matériaux de construction. L'impression 3D est largement utilisée pour produire des polymères, des métaux, du béton et des hydrogels. La FA métallique peut produire une grande variété de métaux, mais la FA aluminium est utilisée pour développer des pièces spécifiquement destinées aux industries aérospatiale et automobile.
En particulier, la fabrication additive métallique a reçu beaucoup d'attention en raison de ses avantages par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles telles que la coulée, le formage et l'usinage.
La fabrication additive métallique est utilisée dans les industries aérospatiale, pétrolière et gazière, marine et automobile en raison d'avantages tels que la liberté de conception des pièces, la complexité des pièces, la légèreté, l'intégration des pièces et la conception fonctionnelle. De plus, la fabrication additive est une technique de fabrication sans outil qui peut produire des objets métalliques entièrement denses avec une grande précision en moins de temps.
Méthodes utilisées dans l'impression 3D de l'aluminium
La fusion laser sur lit de poudre (LPBF) est une méthode d'impression 3D de l'aluminium avec une finition de surface supérieure et une grande précision. Le processus commence par la fusion locale du matériau à l'aide d'un laser puissant, qui forme alors une couche continue de métal solidifié. Dans cette technique, le matériau et le support de pièce sont générés simultanément et en fonction des propriétés de l'alliage à base d'aluminium, les paramètres du processus peuvent être modifiés pour ajuster la porosité, la microstructure et les propriétés finales du matériau.
La fusion sur lit de poudre par faisceau d'électrons est une méthode similaire au LPBF dans laquelle un faisceau d'électrons est utilisé pour solidifier les poudres métalliques. En raison de la température de traitement élevée du faisceau d'électrons, la monocouche de la pièce imprimée en 3D se refroidit progressivement, ce qui entraîne une microstructure plus rugueuse par rapport au LPBF.
AlSi10Mg est un alliage d'aluminium couramment utilisé dans les applications industrielles d'impression 3D en aluminium. Ses avantages sont une résistance élevée, une ténacité, une masse dynamique, des propriétés thermiques améliorées et une aptitude à la construction.
AlSi7Mg est un autre alliage d'acier à haute résistance utilisé dans les composants structurels des industries aérospatiale, de la défense et de l'automobile. Les principaux avantages de l'AlSi7Mg imprimé en 3D sont sa légèreté, sa résistance à la corrosion et sa capacité de charge dynamique élevée.
De plus, certaines études ont démontré le succès de l'impression de Al6061 et Al7075, qui étaient auparavant considérés comme incompatibles avec les méthodes de fabrication additive métallique.
Les dernières recherches en impression 3D aluminium
Dans une étude récente publiée dans la revue Ceramics, des chercheurs chinois ont imprimé des céramiques Al2O3 liées au phosphate d'aluminium en utilisant une méthode d'écriture directe à l'encre. Leur principale découverte était que les céramiques Al2O3 présentaient un retrait dimensionnel ultra-faible dû à l'ajout de liants inorganiques.
Des recherches récentes ont exploré les structures sandwich composites en aluminium imprimées en 3D pour l'industrie aérospatiale. L'impression 3D de structures sandwich composites peut améliorer la durabilité et la flexibilité de fabrication dans l'industrie aérospatiale.
L'ajout de nanomatériaux à l'aluminium est également le dernier sujet de recherche en impression 3D métal. Les nanomatériaux ont amélioré les propriétés mécaniques et thermiques de l'aluminium imprimé en 3D, et la fusion de nanoparticules au cours du processus d'impression 3D a amélioré les performances de l'aluminium imprimé en 3D.
Avantages de l'impression 3D aluminium
L'avantage de l'impression 3D en aluminium est que les propriétés mécaniques de l'aluminium peuvent être modifiées en modifiant la microstructure et la répartition des forces internes. La recherche sur l'impression 3D en aluminium a également démontré des économies de matière par rapport aux méthodes traditionnelles. Les industries de haute technologie utilisant la fabrication additive métallique ont démontré une fabrication plus rapide de pièces complexes, une résistance des matériaux plus élevée et des avantages de ductilité par rapport aux méthodes traditionnelles.
La fabrication additive en aluminium permet également la production de structures hautement optimisées qui seraient autrement coûteuses, chronophages, voire impossibles à fabriquer avec les méthodes de fabrication traditionnelles. De plus, les pièces en aluminium imprimées en 3D peuvent être utilisées avec d'autres pièces pour créer des structures hybrides.
Grâce à l'impression 3D aluminium, il est également possible de fabriquer des pièces structurelles avec des propriétés d'absorption d'énergie et des propriétés de renforcement interne. De plus, les contraintes résiduelles indésirables générées dans les applications structurelles peuvent être converties en précontraintes favorables.
Défis et portée future de l'impression 3D aluminium
Des défis importants subsistent dans l'impression 3D en aluminium pour une variété d'applications industrielles. Dans certains cas, l'impression 3D de l'aluminium est plus chère que les méthodes de production traditionnelles. Dans l'impression 3D métal, les méthodes de conception existantes doivent être modifiées pour s'adapter aux changements de propriétés des matériaux et aux géométries variables.
La technologie de fabrication additive métallique doit être plus standardisée et de nouvelles procédures d'assurance qualité doivent être mises en œuvre pour garantir la fiabilité des pièces fabriquées tout au long de leur cycle de vie. Tant que ces défis techniques et industriels sont relevés, l'impression 3D aluminium a un grand potentiel pour des applications dans diverses industries.