L’impression 3D triple la solidité de l’acier inoxydable

Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont réalisé d’importants progrès dans l’impression 3D du 316L, une forme d’acier inoxydable à faible teneur en carbone utilisé dans la marine. Il présente une bonne résistance à la corrosion et une haute ductilité et sert à fabriquer des oléoducs, pièces de moteurs, équipement de cuisine, etc. Les tests réalisés par les chercheurs montrent que, sous certaines conditions, l’acier imprimé en 3D est trois fois plus solide que l’acier fabriqué avec des méthodes traditionnelles.

Le LLNL est connu pour ses recherches et avancées dans le domaine de l’impression 3D. Ses chercheurs ont en effet mis au point une technique pour imprimer en 3D du verre transparent ; ils avaient également découvert une méthode pour fabriquer de la fibre de carbone plus légère mais tout aussi solide que l’acier. Le laboratoire américain poursuit ses recherches dédiées aux matériaux de la fabrication additive et s’est intéressé cette fois-ci à l’inox.

Ces scientifiques pensent que leur acier 316L imprimé en 3D pourrait offrir des niveaux de solidité et de ductilité supérieurs aux autres formes d’inox, le rendant particulièrement intéressant pour fabriquer de l’équipement chimique, des implants médicaux, des pièces de moteurs et d’autres pièces qui nécessitent des propriétés physiques renforcées.  Une avancée susceptible d’intéresser les secteurs de l’aérospatial, de l’automobile et du pétrole et du gaz. Ce sont en effet des domaines qui doivent fabriquer des pièces métalliques suffisamment résistantes à des conditions climatiques extrêmes et des situations de conflits armés.

Une des principales difficultés rencontrées par l’équipe de chercheurs réside dans la porosité du métal imprimé en 3D, causée par le processus de fusion laser. Des pièces poreuses sont susceptibles de se dégrader et de se casser, ce qui les rend potentiellement dangereuses pour des applications critiques. Afin de résoudre ce problème, les chercheurs du LLNL ont utilisé un processus d’optimisation de la densité, manipulant la microstructure sous-jacente de l’acier à l’aide d’une modélisation informatique.

“La microstructure que nous avons développée supprime le compromis entre la solidité et la ductilité, explique Morris Wang, un des chercheurs du laboratoire. Concernant l’acier, si vous souhaitez le renforcer, vous devez perdre en ductilité, il n’est pas possible d’avoir les deux. Mais avec la fabrication additive, il n’est plus question de faire ce choix.”

Les chercheurs ont testé plusieurs poudres de métal sur deux imprimantes laser différentes ; ils se sont rendus compte que dans certaines conditions, l’acier fabriqué est trois fois plus solide. « Lorsque vous imprimez en 3D du 316L, cela crée une structure en grains intéressante, un peu comme un vitrail, affirme Alex Hamz, scientifique au LLNL. Les structures cellulaires dans ces grains semblent contrôler les propriétés. »  C’est en découvrant cette structure que les chercheurs ont pu créer des pièces en acier plus solides.

Une découverte qui impactera les grandes entreprises qui fabriquent des pièces métalliques mais aussi sur un plan plus scientifique : cette recherche pourrait servir à mieux comprendre la relation entre la structure des pièces imprimées en 3D et leurs propriétés physiques. Retrouvez toute l’étude menée par le LLNL ici.

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