L’une des problématiques lorsqu’on imprime du métal par fusion laser, est que les pièces peuvent être sujettes à des microporosités internes. Une porosité pouvant entraîner une réduction significative des propriétés mécaniques, notamment en termes de résistance à la traction et de durabilité, limitant ainsi l’utilisation de certaines pièces dans des applications critiques.
C’est pour pallier à cette limite, que des chercheurs chinois et américains ont élaboré un procédé permettant d’améliorer significativement les propriétés des pièces métalliques imprimées en 3D. Dans les conclusions d’une étude publiée ce 28 février dans la revue Nature, les protagonistes révèlent avoir imprimé ce qu’ils revendiquent comme l’alliage de titane imprimé en 3D le plus résistant au monde.
L’équipe de scientifiques explique avoir développé un procédé d’impression 3D appelé Net-Additive Manufacturing Process, ou « NAMP ». Comparable aux méthodes classiques par fusion laser, cette méthode se différencie par l’application de traitements au niveau des couches. Chacune d’entre elles subit d’abord un pressage isostatique à chaud, une opération qui consiste à appliquer une pression égale dans toutes les directions sur une pièce métallique imprimée en 3D tout en la chauffant. Cela permet de réduire les espaces vides ou les porosités dans la structure de la pièce.
Enfin, pour obtenir une microstructure du métal qui soit mieux organisée, un traitement thermique à haute température de courte durée (HTSt) est ensuite appliquée.
« Nous confirmons la résistance élevée à la fatigue des microstructures Net-AM et les avantages potentiels du traitement AM dans la production de composants structurels avec une résistance à la fatigue maximale »
Selon les résultats publiés par les chercheurs, les pièces imprimées selon cette méthode présentent une très nette amélioration de la résistance à la fatigue. Le résultat serait un alliage de titane sans pores avec une augmentation de 106 % de la résistance à la fatigue, passant de 475 mégapascals (MPa) à 978 MPa. Un record mondial.
« Nous avons réussi à reconstruire une microstructure AM approximative et sans vide dans un alliage de titane Ti-6Al-4V en développant une technique de traitement Net-AM grâce à une compréhension de l’asynchronisme de la transformation de phase et de la croissance des grains. » Peut-on lire dans l’étude. « Nous identifions la résistance à la fatigue de telles microstructures de fabrication additive et montrons qu’elles conduisent à une limite de fatigue élevée d’environ 1 GPa, dépassant la résistance à la fatigue de tous les alliages de fabrication additive et de titane forgé ainsi que celle d’autres matériaux métalliques. Nous confirmons la résistance élevée à la fatigue des microstructures Net-AM et les avantages potentiels du traitement AM dans la production de composants structurels avec une résistance à la fatigue maximale, ce qui est bénéfique pour une application ultérieure des technologies AM dans les domaines de l’ingénierie. »
L’un des chercheurs, Zhang Zhenjun, indique que si les sections plus épaisses peuvent rencontrer des limites, leur méthode serait suffisante pour la fabrication de nombreux dispositifs plus fins et complexes. Bien sûr, un tel matériau pourrait bénéficier à de nombreux secteurs nécessitant la conception de structures complexes à la fois légèreté et robustesse, notamment l’aérospatiale et l’automobile.
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