1. La situation actuelle concernant la résistance du métal dans l'impression 3D
La poudre métallique est fondue couche par couche et durcie pour créer la forme requise lors de l'impression 3D. Néanmoins, le gradient de température complexe, le refroidissement rapide et les propriétés d'empilement couche par couche au cours du processus d'impression font que la microstructure intérieure des métaux diffère de celle obtenue par les techniques conventionnelles de moulage ou de forgeage. La forme des grains, la répartition des phases et les défauts microscopiques, qui influencent les performances et la résistance du métal imprimé en 3D, reflètent particulièrement ces variations.
La résistance et la ductilité des matériaux métalliques ont longtemps été compromises ; une résistance élevée résulte généralement d'une faible ductilité, et vice versa. Mais dans le domaine de l’impression 3D, ce compromis est devenu de plus en plus compliqué. Alors que l'impression 3D offre d'innombrables possibilités d'optimisation de la conception en produisant des pièces métalliques aux formes géométriques et aux microstructures complexes, sa résistance et ses performances sont parfois difficiles à atteindre le niveau des processus conventionnels en raison des différents microdéfauts et de l'inhomogénéité des grains introduits lors du processus d'impression.
2.Techniques pour augmenter la résistance du métal imprimé en 3D
Les chercheurs ont suivi plusieurs approches pour augmenter la résistance des métaux imprimés en 3D.
optimisation de la conception de l'alliage : la microstructure et les caractéristiques du métal peuvent être considérablement modifiées en faisant varier la composition de l'alliage. Pour les alliages de titane, par exemple, l’utilisation de molybdène (Mo) peut contribuer à augmenter la stabilité de phase et l’uniformité de la résistance et de la ductilité. Grâce à l'utilisation d'une conception d'alliage à double fonction, un alliage de titane imprimé en 3D présentant une super homogénéité, une résistance élevée et une ductilité a été obtenu par une équipe combinée comprenant l'Université technique du Danemark, l'Université de Chongqing et l'Université du Queensland. Sa ductilité est de 26 % ; sa limite d'élasticité est de 926MPa.
Méthode de contrôle : processus La microstructure et les qualités des métaux sont fortement influencées par les paramètres établis au cours du processus d'impression, notamment la puissance du laser, la vitesse de numérisation, l'épaisseur de la couche, etc. Les micro-défauts peuvent être minimisés et la résistance et les qualités du métal améliorées en optimisant ces facteurs.
Modification de la microstructure des grains et renforcement des limites des grains fins. La résistance et la dureté des métaux peuvent être augmentées en améliorant la forme des grains. L’utilisation d’ondes ultrasonores de haute intensité, l’ajustement des paramètres de traitement ou l’ajout d’hétérostructures, par exemple, pourraient aider les cristaux équiaxes à se développer, réduisant ainsi le développement de grains colonnaires, et donc le renforcement et la ductilité des métaux imprimés en 3D.
après traitement : après l'impression, le traitement thermique peut améliorer la microstructure et les qualités des métaux. Néanmoins, il convient de mentionner qu'un choix minutieux des paramètres du traitement thermique est essentiel, car le traitement thermique peut apporter de nouveaux microdéfauts ou modifier la microstructure d'origine.
3.plutôt qu'une étude de cas tridimensionnelle sur la résistance des métaux
Haute résistance et ductilité des alliages de titane : L'ajout d'éléments de molybdène a produit des alliages de titane imprimés en 3D extrêmement homogènes, à haute résistance et ductiles, comme mentionné précédemment par une équipe combinée d'universités australiennes, dont l'Université du Queensland. Outre ses grandes qualités mécaniques, cet alliage de titane possède une bonne capacité d’écrouissage, ce qui ouvre les portes d’utilisations dans des secteurs haut de gamme dont l’aéronautique.
L'équipe de coopération de l'Institut des métaux de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis, a développé un alliage presque sans pores proche du Net-AM Ti-6Al-4V en inventant un nouveau processus NAMP de régulation étape par étape des défauts et des tissus, avec une haute résistance à la fatigue. Parmi toutes les données enregistrées sur la fatigue des matériaux, la résistance à la traction et à la traction de cet alliage atteint 978 MPa, la plus grande résistance à la fatigue spécifique. Ce succès montre les avantages particuliers de la technologie d'impression 3D dans la fabrication résistante à la fatigue et modifie la connaissance naturelle des gens sur les faibles performances des matériaux d'impression 3D.
Une équipe de recherche de l’Université Purdue a créé un alliage d’aluminium à très haute résistance adapté à l’impression 3D. En intégrant des métaux de transition tels que le cobalt, le fer, le nickel et le titane dans l'aluminium pour générer des composés intermétalliques déformables multicouches à l'échelle nanométrique, ils ont créé un nouveau type d'alliage d'aluminium combinant une grande résistance et une bonne capacité de déformation plastique. La résistance de cet alliage d'aluminium dépasse 900 MPa, créant ainsi de grandes opportunités pour l'utilisation d'alliages d'aluminium à haute résistance dans plusieurs secteurs.
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