Toutes les pièces métalliques imprimées en 3D nécessitent-elles un traitement thermique ?

1. La tâche principale du traitement thermique est d’éliminer les défauts et d’améliorer le fonctionnement.
Les processus de chauffage, d'isolation et de refroidissement peuvent améliorer considérablement la microstructure des pièces métalliques imprimées en 3D par traitement thermique. Cela permet aux pièces de mieux fonctionner globalement.
Élimination des contraintes résiduelles : un refroidissement et une solidification inégaux pendant l'impression peuvent facilement provoquer des contraintes résiduelles à l'intérieur des pièces, ce qui peut les faire se plier ou se briser. Un refroidissement lent tout au long du processus de recuit pourrait aider à réduire le stress. Après recuit, par exemple, le taux de réduction des contraintes des pièces structurelles aérospatiales peut être supérieur à 80 %.
Amélioration des propriétés mécaniques : la trempe et le revenu combinés peuvent rendre les choses beaucoup plus dures et plus résistantes. Par exemple, après trempe, l’acier inoxydable 316L est 30 % plus dur et plus résistant à l’usure, ce qui le rend idéal pour les pièces mécaniques qui doivent supporter beaucoup de poids.
Affinement des grains : le processus de recristallisation directionnelle gère le gradient thermique pour fusionner de minuscules grains en cristaux colonnaires. Cela rend le matériau plus apte à résister au fluage à haute température. Les recherches du MIT indiquent qu'après un traitement de recristallisation directionnelle, la taille des grains des alliages à haute température à base de nickel-à haute-croît de plusieurs ordres de grandeur et la durée de vie du fluage dure beaucoup plus longtemps.
Traitement de densification : Le pressage isostatique à chaud (HIP) élimine les pores internes en utilisant une température et une pression élevées. La densité du matériau atteint ainsi presque 100 %. Par exemple, le traitement HIP a amélioré la durée de vie en fatigue à faible cycle des disques de turbine des moteurs d'avion de 5 000 cycles à 20 000 cycles.
2. Situations sans traitement thermique : amélioration des caractéristiques des matériaux et des procédés
Même si le traitement thermique présente de nombreux avantages, les composants peuvent être utilisés immédiatement sans aucun travail supplémentaire dans les situations suivantes :
Pièces qui ne nécessitent pas beaucoup de contraintes : si la structure de la pièce est basique, que sa taille est modeste et qu'elle ne se soucie pas des contraintes résiduelles, vous n'avez pas besoin de la recuire. Par exemple, des pièces structurelles décoratives ou-non-porteuses mineures ne sont pas susceptibles de se déformer et ne valent pas la peine d'être traitées thermiquement.
Différentes combinaisons de matériaux et de procédés : Certains matériaux ont créé des microstructures parfaites lors de leur impression. Par exemple, la technique de fusion sélective par faisceau d'électrons (EBSM) refroidit plus lentement, ce qui signifie que les pièces imprimées en alliage de titane (Ti6Al4V) ne deviennent pas aussi grossières, ce qui est bon pour les implants médicaux car ils doivent être biocompatibles.
Scénario pour prêter attention à la qualité de la surface : Si la pièce doit être très lisse, un traitement thermique pourrait la faire oxyder ou changer de forme. À ce stade, le traitement thermique peut être remplacé par des méthodes de traitement de surface, notamment le polissage chimique et le polissage laser. Après polissage électrochimique, la rugosité de surface des implants poreux en alliage de titane passe de 6 à 12 μm à 0,2 à 1 μm sans qu'il soit nécessaire de procéder à un traitement thermique supplémentaire.
Vérification du prototypage rapide : le traitement thermique peut allonger le cycle de développement au stade de la conception du produit. Par exemple, la charnière flexible intégrée dans le domaine de l'électronique grand public nécessite que ses pièces prototypes soient fabriquées rapidement, et l'utilisation directe de pièces imprimées peut accélérer le processus de vérification.
3. Un cadre de prise de décision : trouver le bon équilibre entre performance, coût et efficacité
Un examen approfondi des variables suivantes est nécessaire pour décider de procéder ou non à un traitement thermique :
Exigences fonctionnelles : les pièces aérospatiales doivent être capables de supporter des températures et des contraintes considérables, c'est pourquoi le traitement thermique est important.
Les implants médicaux doivent être solides et sans danger pour le corps, et le recuit ou le traitement HIP peuvent les aider à mieux fonctionner.
Si la seule chose qui compte est l’apparence des sculptures d’art ou des pièces exposées, le traitement thermique peut être ignoré pour économiser de l’argent.
Les alliages à haute température-à base de nickel-sont susceptibles de se fissurer. Ils nécessitent donc une solution solide et un traitement de vieillissement pour les rendre plus résistants.
Les pièces en alliage d'aluminium (comme AlSi10Mg) contiennent des grains microscopiques, ce qui les rend d'emblée légères.
Type de procédé : Le procédé de fusion sur lit de poudre (PBF) doit être recuit car il refroidit rapidement et laisse beaucoup de tension derrière lui.
Parce qu'elle a un apport thermique élevé et un faible niveau de contrainte, la technique de dépôt par énergie dirigée (DED) réduit le besoin de traitement thermique.
Limites de coûts : l'équipement HIP est coûteux à l'achat et à l'exploitation, ce qui rend difficile l'accès aux petites et moyennes entreprises-. Ils doivent trouver un compromis entre performances et coût.
Le traitement thermique de composants structurels complexes peut entraîner une modification de leur forme. Pour éviter cela, l’optimisation de la simulation doit être utilisée pour soutenir la conception et augmenter les dépenses de recherche et développement.