L’impression 3D permet de créer un alliage de titane présentant un rapport résistance/poids optimal
L’une des clés d’innovation de la fabrication est la recherche et le développement des matériaux. Dans des secteurs comme l’aérospatiale, il est essentiel que les pièces à fabriquer soient à la fois légères et extrêmement solides. En effet, la recherche sur les matériaux pour la fabrication additive est un domaine en pleine expansion. Aux dernières nouvelles, des ingénieurs de l’université Monash ont utilisé des techniques d’impression 3D pour créer un alliage de titane commercial ultra résistant, permettant des applications dans un certain nombre d’industries critiques.
Le titane est réputé pour sa solidité et, à ce titre, il est souvent utilisé pour la fabrication de pièces finales. Les alliages de titane, dans lesquels le titane est mélangé à un autre métal afin de fournir des propriétés supplémentaires, notamment la flexibilité, la résistance et la malléabilité, sont particulièrement appréciés pour leur rapport résistance/poids. Mais des recherches sont constamment menées pour les améliorer. Dans l’étude intitulée « Ultrastrong nanotwinned titanium alloys through additive manufacturing« , une équipe d’ingénieurs ont montré comment ils ont pu utiliser la fabrication additive pour créer un alliage de titane présentant la plus grande force spécifique (rapport résistance/poids).
Le titane est utilisé pour des applications dans divers domaines, notamment l’aérospatiale (crédits photo : Lupus in Saxonia, CC BY-SA 4.0 , via Wikimedia Commons)
L’utilisation de la fabrication additive pour fabriquer un alliage de titane
La création d’alliages de titane n’est pas un processus simple et direct. Elle fait appel à un certain nombre de techniques complexes, dont le moulage et le traitement thermomécanique. Et bien que ce ne soit pas la première fois que l’impression 3D est utilisée non seulement pour créer des pièces mais aussi les alliages eux-mêmes, les alliages disponibles dans le commerce fabriqués à l’aide de cette technique ne présentent souvent pas les propriétés satisfaisantes. Les chercheurs, dirigés par le professeur Aijun Huang et le docteur Yuam Zhu de l’université Monash, ont utilisé l’impression 3D pour manipuler une nouvelle microstructure qui a permis d’obtenir des performances mécaniques sans précédent pour l’alliage.
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé la fabrication additive pour exploiter le cycle thermique et la solidification rapide. Plus précisément, les poudres d’alliage de β-titane (Beta-C, Ti-3.63Al8.03V-6.02Cr-4.03Mo-4.00Zr (% en poids), un alliage de titane commercial) ont été fondues et déposées à l’aide d’un procédé de fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Ces spécimens ont ensuite été soumis à un traitement thermique à deux températures différentes. Des tests ont ensuite été effectués, qui ont montré que les alliages de titane sont devenus plus résistants grâce à cette méthode, bien que les chercheurs pensent qu’elle pourrait être appliquée à n’importe quel alliage de titane avec les mêmes résultats.
Réponse mécanique à la traction d’alliages de titane Beta-C commerciaux produits par des traitements LPBF et post-chauffage (photo credits: Monash University)
Le professeur Huang ajoute : « Les alliages de titane nécessitent un moulage et un traitement thermomécanique complexes pour atteindre les résistances élevées requises pour certaines applications critiques. Nous avons découvert que la fabrication additive peut exploiter son processus de fabrication unique pour créer des pièces ultrasolides et thermiquement stables en alliages de titane commerciaux, qui peuvent être directement mises en service. Après un simple traitement post-chauffage sur un alliage de titane commercial, on obtient un allongement adéquat et une résistance à la traction supérieure à 1 600 MPa, soit la résistance spécifique la plus élevée parmi tous les métaux imprimés en 3D à ce jour. Ces travaux ouvrent la voie à la fabrication de matériaux structurels dotés de microstructures uniques et d’excellentes propriétés pour de vastes applications. »
Les chercheurs espèrent que les résultats de ces travaux permettront de mieux comprendre les principes du renforcement et de l’ingénierie des dislocations dans le domaine de la métallurgie physique. Ils ont également noté qu’en utilisant l’impression 3D avec un traitement thermique simple, le coût du processus a été considérablement réduit par rapport aux matériaux ayant une résistance similaire. Vous pouvez télécharger toute l’étude ICI.
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*Crédits photo de couverture : Monash University
