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Une nouvelle poudre de tungstène compatible avec la fabrication additive

Publié le 3 juin 2021 par Mélanie R.
tungstène

La fabrication additive métallique gagne en popularité comme en témoigne, entre autres, le nombre croissant d’entreprises qui proposent des solutions dans ce sens, que ce soit des métaux ou des machines. L’aluminium, le bronze, le chrome, l’acier inoxydable, le fer et le cuivre ne sont que quelques exemples des métaux les plus couramment utilisés. Parmi ceux-ci, certains – souvent sous forme d’alliages – sont déjà applicables dans l’industrie de la fabrication additive, les éléments étant généralement traités par fusion au laser ou par faisceau d’électrons. Un métal particulier qui présente un grand potentiel dans le domaine de la fabrication additive – notamment dans les secteurs de l’automobile et de l’aérospatiale – est le tungstène, en raison de sa grande résistance mécanique, de sa rigidité et de sa haute résistance thermique.

A environ 3 400 °C, le tungstène a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, ce qui, d’une part, le rend parfait pour une utilisation dans les technologies de l’énergie et de l’éclairage, mais, d’autre part, le rend difficile à usiner. Le plus grand défi actuel de l’utilisation du tungstène dans la fabrication additive est que les pièces imprimées sont souvent sujettes à des fissures, ce qui affecte grandement la qualité. Ce problème se pose surtout pour les formes plus complexes et précises, avec des courbes ou des trous, qui sont à leur tour impossibles à modéliser à l’aide des processus ou des techniques d’usinage traditionnels. Mais il existe désormais une solution : l’entreprise Bayerische Metallwerke GmbH a réussi à mettre au point un nouveau procédé de fabrication à partir d’alliages de tungstène WNiFe (tungstène, nickel et fer) et WNiCu (tungstène, nickel et cuivre), qu’elle a fait breveter début 2021.

De plus en plus de métaux sont utilisés en fabrication additive (crédits photo : 3D Systems)

Cette méthode de production est caractérisée par l’alliage cristallin mixte multiphasé, obtenu sous forme de poudre. L’ingénieur Hany Gobran, responsable de la recherche et du développement chez Bayerische Metallwerke, présente son nouveau développement : « La particularité de notre alliage tungstène-nickel-fer est que nous l’obtenons sous la forme d’une poudre pré-alliée qui convient comme produit de départ pour les processus d’impression 3D et de revêtement. » Auparavant, seule la poudre mixte permettait de rendre le tungstène utile pour les composants à géométrie complexe. Contrairement à la nouvelle poudre pré-alliée de M. Gobran, ces mélanges ont des points de fusion différents, ce qui fait qu’une grande partie des éléments ajoutés (nickel et fer) s’évapore de manière incontrôlée pendant la fusion. Grâce au pré-alliage du nouveau procédé breveté, les trois éléments sont combinés en tant que matériau multiphase dans chaque particule de poudre individuelle, de sorte que leur composition et leur distribution dans le produit final peuvent être contrôlées avec précision et qu’il n’y a aucune perte des métaux liants.

Bayerische Metallwerk GmbH précise également que la composition de l’alliage peut être ajustée en fonction de l’application. Selon Gobran, « plus la proportion de tungstène est élevée dans le produit final, plus celui-ci est résistant à l’aluminium fondu et meilleure est sa conductivité thermique. Si, par contre, une bonne ductilité et une bonne usinabilité mécanique sont plus importantes, la teneur en tungstène de l’alliage peut être réduite en conséquence. La composition peut donc toujours être adaptée à l’application spécifique et à la complexité de la forme respective. » Le comportement d’écoulement ainsi que la taille des grains de la poudre peuvent également être déterminés entre 10 et 200 µm. Ces propriétés confèrent au matériau une grande flexibilité, le rendant adapté et utilisable pour de nombreux processus – y compris, bien sûr, la fabrication additive. Enfin, l’alliage de tungstène est également intéressant d’un point de vue économique et environnemental.

Une pièce imprimée en 3D avec l’alliage de tungstène (crédits photo : Bayerische Metallwerk GmbH)

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*Crédits photo de couverture : EOS

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