Comment rendre des pièces en acier plus rentables grâce à l’impression 3D ?

Même si l’impression 3D métal gagne en popularité, il reste des obstacles à surmonter. L’un d’entre eux, non négligeable, peut être le coût élevé de la production, par exemple en raison de la nécessité d’un post-traitement important pour améliorer les propriétés de la pièce finale. Des chercheurs de l’université de Cambridge ont peut-être trouvé une solution pour y remédier. Ils ont créé un nouveau procédé d’impression 3D métal, testé sur de l’acier, qu’ils estiment même supérieur aux étapes qui consistent à le chauffer puis le battre.

Comme son nom l’indique, ses étapes où l’on vient chauffer et battre un métal désignent le processus par lequel un matériau est durci à l’aide d’un marteau, puis ramolli par le feu. Pensez aux forgerons traditionnels, que vous avez peut-être vus dans des reconstitutions historiques, qui utilisaient souvent ce procédé, notamment pour créer des pièces telles que des épées ou des fers à cheval. Ce procédé présente toutefois des inconvénients : il est notamment moins efficace que des procédés tels que l’impression 3D métal et n’est pas adapté à la création de pièces particulièrement complexes.

Illustration conceptuelle de l’équipe de recherche montrant comment ces stratégies de traitement pourraient être utilisées en fusion laser sur lit de poudre

Pourtant, il y a une raison pour laquelle ces procédés traditionnels ont perduré si longtemps. Matteo Seita, du département d’ingénierie de Cambridge, responsable de ce projet, explique : « La raison pour laquelle le chauffage et le battage sont si efficaces est qu’ils modifient la structure interne du matériau, ce qui permet d’en contrôler les propriétés. C’est la raison pour laquelle ces techniques sont toujours utilisées après des milliers d’années« .

Mais peut-être plus pour longtemps. L’idée est de surmonter l’un des principaux inconvénients des techniques d’impression 3D, à savoir l’impossibilité de contrôler la structure interne du matériau de la même manière. C’est d’ailleurs l’une des raisons pour lesquelles un post-traitement, tel qu’un traitement thermique, est toujours nécessaire dans le cas de l’impression 3D métal. En trouvant un moyen de restaurer cette capacité d’ingénierie de la structure sans « chauffer et battre », non seulement les coûts seraient réduits, mais la possibilité de contrôler les propriétés permettrait également de tirer plus facilement parti des aspects écologiques de l’impression 3D, selon M. Seita.

Création d’un nouveau procédé d’impression 3D plus efficace que de chauffer et battre le métal

Les chercheurs espèrent que ce nouveau procédé contribuera à rendre l’impression 3D métal encore plus attrayante en tant qu’option dans l’ensemble de l’industrie de la fabrication métallique. En collaboration avec des équipes de l’Université technologique de Nanyang, de l’Agence pour la science, la technologie et la recherche (A*STAR), de l’Institut Paul Scherrer, du Centre de recherche technique VTT de Finlande et de l’Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires, l’équipe de Cambridge a pu créer une « recette », comme elle l’appelle, pour imprimer du métal en 3D tout en conservant un haut degré de contrôle sur la structure interne.

Pour ce faire, Seita et son équipe se sont tournés vers les lasers. En faisant fondre le matériau à l’aide d’un laser, puis en contrôlant la façon dont le matériau se solidifie après la fusion ainsi que la quantité de chaleur générée au cours du processus, les chercheurs peuvent « programmer » les propriétés souhaitées du matériau final. Matteo Seita explique : « Nous avons découvert que le laser peut être utilisé comme un « marteau microscopique » pour durcir le métal pendant l’impression 3D. Cependant, le fait de fondre le métal une seconde fois avec le même laser détend la structure du métal, ce qui permet à la reconfiguration structurelle d’avoir lieu lorsque la pièce est placée dans le four. »

Le résultat ? Des pièces imprimées en 3D qui ne sont pas seulement intrinsèquement solides, mais qui ne sont plus cassantes. En effet, le processus permet de contrôler entièrement la résistance et la ténacité grâce à la combinaison gagnante des technologies d’impression 3D conventionnelles basées sur le laser et d’un four à une température relativement basse. Les premières expériences ont également montré que l’acier imprimé en 3D a des performances comparables à celles de l’acier fabriqué quand il est chauffé et battu.

Matteo Seita conclut : « Nous pensons que cette méthode pourrait contribuer à réduire les coûts de l’impression 3D métal, ce qui pourrait à son tour améliorer la durabilité de l’industrie de la fabrication de métaux. Dans un avenir proche, nous espérons également pouvoir contourner le traitement à basse température dans le four, ce qui réduira encore le nombre d’étapes nécessaires avant d’utiliser des pièces imprimées en 3D dans des applications d’ingénierie. » Pour en savoir plus sur l’étude, publiée dans Nature Communications, cliquez ICI.

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