Des ultrasons pour augmenter la résistance des pièces métalliques imprimées en 3D

une méthode par ultrasons pour l'impression 3D métal

Une récente étude publiée par le RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology), une université mondiale de technologie, a révélé comment les ondes sonores à haute fréquence pouvaient avoir un impact significatif sur la microstructure intérieure des alliages imprimés en 3D. Dans la revue Nature Communication, ses auteurs expliquent comment la technologie des ultrasons pourrait être utilisée pour créer des pièces métalliques plus solides et plus denses en modifiant l’organisation les particules de poudre dans une formation plus serrée pendant le processus d’impression. Auteur principal des travaux et candidat au doctorat de l’École d’ingénierie de l’Université RMIT, Carmelo Todaro, a déclaré que les résultats prometteurs pourraient inspirer de nouvelles formes de fabrication additive.

Il faut dire qu’avec l’essor de la fabrication additive métallique, de plus en plus d’alliages sont imprimés dans l’industrie, notamment le titane pour fabriquer des composants pour l’aérospatiale, l’automobile ou encore le médical. Cependant, le RMIT explique qu’avec l’offre actuelle d’alliages de titane utilisés sur le marché de la fabrication additive, les composants imprimés en 3D pouvaient être sujets à la fissuration et à la distorsion.

« Si vous regardez la structure microscopique des alliages imprimés en 3D, ils sont souvent constitués de gros cristaux allongés », a déclaré Carmelo Todaro, l’auteur principal de l’étude et doctorant à la RMIT’s School of Engineering. « Cela peut les rendre moins acceptables pour les applications d’ingénierie en raison de leurs performances mécaniques inférieures et de leur tendance accrue à se fissurer pendant l’impression. Mais la structure microscopique des alliages auxquels nous avons appliqué des ultrasons lors de l’impression était nettement différente: les cristaux d’alliage étaient très fins et entièrement équiaxes, ce qui signifie qu’ils s’étaient formés de manière égale dans toutes les directions sur toute la partie métallique imprimée. »

« nous nous attendons à ce que la méthode soit applicable à d’autres métaux commerciaux »

des ultrasons pour améliorer la résistance du titane imprimé en 3D

Gauche: échantillon d’alliage de titane imprimé en 3D avec de gros cristaux allongés. À droite: échantillon de titane avec des cristaux plus fins et plus courts, imprimé avec un générateur d’ultrasons – crédit photo : Université RMIT

Les test réalisés par le RMIT ont montré que ces pièces avaient une amélioration de 12% de la résistance à la traction et de la limite d’élasticité par rapport à celles fabriquées par fabrication additive conventionnelle. L’expérimentation reposait sur deux principaux alliages de qualité commerciale : un alliage de titane couramment utilisé pour les pièces d’avion et les implants biomécaniques, connu sous le nom de Ti-6Al-4V, et un superalliage à base de nickel souvent utilisé dans les industries marines et pétrolières appelé Inconel 625.

L’équipe a également montré qu’en allumant et éteignant simplement le générateur d’ultrasons pendant l’impression, des parties spécifiques d’un objet imprimé en 3D peuvent être fabriquées avec différentes structures et compositions microscopiques, utiles pour ce que l’on appelle la classification fonctionnelle. Le co-auteur de l’étude et superviseur de projet, le professeur Ma Qian du RMIT, a déclaré qu’il espérait que leurs résultats prometteurs susciteraient l’intérêt pour des appareils à ultrasons spécialement conçus pour l’impression 3D en métal.

« Bien que nous ayons utilisé un alliage de titane et un superalliage à base de nickel, nous nous attendons à ce que la méthode soit applicable à d’autres métaux commerciaux, tels que les aciers inoxydables, les alliages d’aluminium et les alliages de cobalt« , a déclaré Qian. « Nous prévoyons que cette technique pourra être mise à l’échelle pour permettre l’impression 3D de la plupart des alliages métalliques pertinents sur le plan industriel pour des pièces structurelles ou des alliages structurellement plus performants. »

Il y a quelques semaines, toujours dans le même objectif d’amélioration de résistance des métaux imprimés en 3D, une autre équipe du RMIT avait expérimenté un matériau combinant un alliage de titane avec du cuivre. L’ajout de cuivre permettrait de résister à des forces beaucoup plus élevées et d’engendrer moins de fissures ou des distorsions lors de la fabrication.