Tout savoir sur l’impression 3D de tungstène

Le tungstène est devenu un matériau prisé dans l’industrie de l’impression 3D métal. Ces dernières années, des recherches intensives ont été menées sur la meilleure façon d’utiliser ce matériau. De nouvelles applications du tungstène dans la fabrication additive sont apparues et, en 2020, l’impression de tungstène a finalement fait une percée, car jusqu’alors, des problèmes tels que la fragilité et la formation de microfissures apparaissaient pendant la production. En 2021, un nouveau procédé a été mis au point pour la production d’alliages de tungstène : l’alliage tungstène-nickel-fer. Même dans l’énergie de fusion, le tungstène pourrait apporter une contribution importante aux besoins énergétiques de l’homme et résister à des températures et des conditions extrêmes dans les réacteurs de fusion. Nous avons résumé pour vous tout ce qu’il faut savoir sur ce métal lourd.

Propriétés du tungstène

Ce matériau tire son nom du suédois et signifie « pierre lourde ». En fait, il s’agit du métal technique le plus lourd. Le tungstène est un matériau réfractaire, blanc brillant, d’une densité de 19,25 g/cm3 et devient cassant dès qu’il est légèrement contaminé. De plus, ce matériau possède le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, à savoir 3 410 °C. Le point d’ébullition du tungstène est de 5.700°C, c’est pourquoi il est surtout utilisé dans les ampoules électriques.

Le tungstène dans sa forme pure (crédits photo : ©vvoe – stock.adobe.com)

Sous sa forme pure, le tungstène est soit très mou soit cassant et est presque toujours combiné avec d’autres éléments pour former des alliages connus pour leur dureté. Le plus connu est le carbure de tungstène, un mélange de tungstène et de carbone. D’autres combinaisons comprennent l’acier rapide, ainsi que le cobalt, le cuivre, le bronze, le chrome, le fer ou le nickel. Le tungstène est également un composant du superalliage nickel-molybdène-chrome Hastelloy. Dans tous les cas, ces alliages conduisent à un matériau extrêmement dur.

Les technologies d’impression 3D de tungstène

Actuellement, le tungstène est traité à l’aide de deux procédés. La fusion laser sur lit de poudre (DMLS) utilise un laser infrarouge pour faire fondre la poudre et assembler les couches. Au début, l’impression du tungstène présentait des difficultés techniques en raison de son point de fusion élevé. Celles-ci ont toutefois été surmontées en combinant la poudre de tungstène pure avec du nickel-fer ou du nickel-cuivre. Le deuxième procédé est le « binder jetting ». Dans ce cas, ExOne a développé, en collaboration avec un fabricant de matériaux, un métal composite cuivre-tungstène qui est utilisé dans les machines. Le processus EBM a également pu être adapté avec succès au tungstène. L’avantage de ce procédé est que le métal peut ici être préchauffé, ce qui permet d’éviter les déformations et les contraintes résiduelles.

Pièces complexes pouvant être fabriquées à l’aide de l’alliage tungstène-nickel-fer. (crédits photo : Gesellschaft für Wolfram Industrie GmbH)

Applications et avantages de l’impression 3D de tungstène

En raison de ses propriétés de résistance à la chaleur, le tungstène est surtout utilisé dans le domaine de l’aérospatiale et de la défense. On trouve souvent le tungstène dans les tuyères de moteurs de fusées, les outils, les aubes de turbines d’avions ou les têtes d’armes. Dans le domaine médical, le tungstène est également une option intéressante pour les scanners IRM ou la radioprotection, car il possède des propriétés de protection contre les radiations. En outre, le tungstène est utilisé dans le secteur automobile, l’industrie chimique et même les applications de loisirs. On le trouve également dans les appareils de production d’ions, notamment les cathodes et les anodes.

Le tungstène présente une bonne résistance à la corrosion, absorbe les rayons X et les rayons gamma et résiste à la plupart des acides. De plus, ce métal lourd est biocompatible. En raison de sa résistance à la corrosion et à l’érosion ainsi que de sa conductivité thermique, les alliages de tungstène sont utilisés dans le processus de coulée avec de l’aluminium. Globalement, les propriétés de ce matériau lui permettent d’être utilisé dans de nombreux domaines d’application.

Des entreprises leaders sur le marché

Il existe plusieurs entreprises qui se consacrent à l’impression 3D de tungstène. L’un des leaders est la société suédoise Höganäs AB, qui utilise le carbure de tungstène et de titane comme additif de carbure mixte pour les outils de coupe et la production de carbure fritté à base de tungstène. GE Additive, un acteur important dans le domaine de l’impression 3D métallique, mène également des recherches sur différents matériaux, dont le tungstène. ExOne, qui fait partie de Desktop Metal, connu pour sa technologie de liage de poudre, travaille également avec le métal lourd. D’autres entreprises comme EOS s’occupent de nombreux projets autour de ce métal. 3D Systems a créé il y a un an une licence de base de données de paramètres d’impression pour le tungstène, qui est imprimé sur la machine DMP Flex 350 3D.

Avez-vous déjà utilisé l’impression 3D de tungstène ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits photo de couverture : ExOne Pressemitteilung