Le LLNL parvient à réduire les projections de poudre métal en fabrication additive

Au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), une équipe de chercheurs a mis au point une technique pour réduire les défauts pouvant survenir lors du processus d’impression 3D métal, plus particulièrement lors de la fusion laser sur lit de poudre. A l’aide d’un modèle informatique, ils ont pu mené différentes expériences de construction à l’échelle microscopique, simulations qui ont conduit à la définition d’un critère de stabilité et d’une “carte de puissance” (power map en anglais). Celle-ci pourrait permettre de réduire les défauts d’impression causés par les particules de poudre éjectées de la trajectoire du laser qui retombent sur la pièce en devenir – celles-ci sont appelées éclaboussures ou projections. 

La fusion laser sur lit de poudre est un procédé de fabrication additive métal qui a recours à un laser pour solidifier couche par couche de la poudre jusqu’à l’obtention de la pièce souhaitée. Pendant le processus d’impression, un certain nombre de paramètres doivent être pris en compte et bien définis pour éviter les erreurs – puissance du laser, orientation de la pièce, gestion de la température, etc. Malgré cela, il n’est pas rare d’obtenir une pièce avec des cavités et des pores importants – il arrive en effet que le laser vienne creuser un trou dans le métal directement à cause d’une focalisation d’énergie trop importante sur un point en particulier.

Réduire les éclaboussures de poudre

Les chercheurs du LLNL ont quant à eux mis le doigt sur un autre type de problème : le procédé de fusion laser sur lit de poudre peut entraîner des éclaboussures de poudre. Celle-ci est déviée de sa trajectoire initiale et déposée sur la pièce sans être fusionnée. Des pores et défauts peuvent alors se créer, réduisant la qualité de la pièce finale. Saad Khairallah, auteur principal de l’étude et physicien informaticien du LLNL, explique :  “Les éclaboussures sont l’ennemi de la fabrication de belles pièces ; ce ne sont pas seulement de petites particules qui volent, elles peuvent créer des agrégats de poudre qui peuvent alors affecter l’impression de diverses manières et selon différents scénarios.”

Pour réduire la formation de ces éclaboussures, les chercheurs se sont appuyés sur les capacités de simulation du LLNL et son expertise en imagerie optique et rayons X. Ils ajoutent : « Les diagnostics par rayons X sont les seules techniques qui peuvent simultanément sonder la surface et la sous-face du métal tout en offrant la fidélité nécessaire pour suivre la dynamique rapide des changements structurels induits par le laser. » Ils ont ainsi développé un critère de stabilité qui a donné lieu à une “carte de puissance”. Comme l’explique l’équipe, celle-ci est une stratégie de balayage qui ajuste la puissance de sortie du laser le long de sa trajectoire pour stabiliser le bain de fusion. Une technique qui permettrait de réduire voire d’éliminer totalement les pores, les cavités et autres déformations internes.

De plus, l’équipe s’est rendue compte qu’en pré-frittant la poudre métallique, le risque de projection se réduit. Concrètement, il faut passer le laser multi-faisceaux sur la poudre à très faible température pour fusionner les particules ensemble avant la fabrication finale. Une étape qui pourrait permettre la création de pièces plus fiables. Vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.

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