Des chercheurs parviennent à imprimer en 3D l’un des aciers inoxydables les plus solides du marché

L’acier est un métal prisé pour sa résistance à la corrosion et employé dans le secteur de l’impression 3D par de nombreux secteurs. Il en est de même pour l’acier inoxydable – ou inox, cet alliage composé de fer, de chrome et d’un peu de carbone. Mais connaissez-vous l’acier inoxydable 17-4 à durcissement par précipitation (PH) ? Il s’agit d’un métal également réputé pour sa très grande dureté, en plus d’être résistant à la corrosion. Et pour la première fois au National Institute of Standards and Technology (NIST), une équipe de chercheurs aurait réussi à l’imprimer en 3D tout en gardant ces deux caractéristiques essentielles. 

La fabrication additive métal est depuis quelques années en pleine croissance et élargit le champ des possibilités dans beaucoup de secteurs d’activité que ce soit dans l’aérospatiale, la médecine ou encore l’automobile. Toutefois, elle pose quelques défis et n’est pas facile à maîtriser. En effet, l’impression 3D métal implique une variation importante des températures au cours du processus de fabrication avec un matériau qui se réchauffe et se refroidit extrêmement rapidement. Fan Zhang, physicien au NIST et coauteur de l’étude, explique :  « Lorsque vous pensez à la fabrication additive métal, nous soudons essentiellement des millions de minuscules particules en poudre en une seule pièce à l’aide d’une source à haute puissance telle qu’un laser, les fondant en un liquide et les refroidissant en un solide. Mais le taux de refroidissement est élevé, parfois supérieur à un million de degrés Celsius par seconde, et cette condition extrême de non-équilibre crée un ensemble de défis de mesure extraordinaires. »

Image microscopique d’un acier inoxydable 17-4 imprimé en 3D. Les couleurs à gauche représentent les différentes orientations des cristaux dans l’alliage (crédits photo : Q. Guo/Université de Wisconsin-Madison)

Ces changements de température entraînent quelques irrégularités et il n’est pas toujours évident d’obtenir une pièce métallique aux propriétés souhaitées. Notre équipe de chercheurs a donc souhaité en savoir plus sur les variations de la structure cristalline d’un métal et en l’occurrence ici de l’acier PH 17-4 pour bien obtenir les propriétés recherchées – dureté et résistance à la corrosion. Pour ce faire, ils ont dû utiliser un synchrotron, un instrument électromagnétique qui permet d’accélérer des particules élémentaires. Les chercheurs expliquent qu’ils ont projeté les rayons X de l’appareil sur l’acier en question en cours d’impression afin de suivre l’évolution de sa structure cristalline. Cela leur a permis de comprendre un certain nombre de facteurs comme l’influence exercée par la composition même de l’alliage. Fan Zhang poursuit dans ce sens :

“Le contrôle de la composition est vraiment la clé de l’impression 3D des alliages. En contrôlant la composition, nous sommes en mesure de contrôler la façon dont elle se solidifie. Nous avons également montré que, sur une large gamme de vitesses de refroidissement, par exemple entre 1 000 et 10 millions de degrés Celsius par seconde, nos compositions donnent systématiquement de l’acier 17-4 PH entièrement martensitique.”

En se tournant vers l’impression 3D, les chercheurs ont réussi à produire un acier 17-4 PH d’une très grande qualité tout en s’affranchissant de certaines étapes de refroidissement que l’on retrouve dans la fabrication traditionnelles. Il serait donc plus rapide et moins coûteux de se tourner vers la fabrication additive. Vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.

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*Crédits photo de couverture : Futura Sciences