Alliages de titane imprimés en 3D sous un microscope électronique – l’échantillon de gauche (avec de gros cristaux allongés) a été imprimé de manière conventionnelle, tandis que l’échantillon de droite (avec des cristaux plus fins et plus courts) a été imprimé en étant assis sur un générateur d’ultrasons
La qualité des pièces métalliques imprimées en 3D pourrait bientôt s’améliorer, grâce à de nouvelles recherches menées en Australie. Les scientifiques australiens ont déterminé que l’application des ultrasons augmente la résistance de ces pièces en modifiant leur microstructure.
Sous la direction du candidat au doctorat Carmelo Todaro, une équipe de l’Université RMIT a expérimenté un type d’impression 3D existant baptisé « dépôt d’énergie dirigé » (DED : Directed Energy Deposition). En bref, il s’agit d’utiliser un laser pour faire fondre une poudre de métal pendant qu’elle est déposée sur une surface, une couche successive à la fois. Ce métal fondu se solidifie ensuite, formant le produit fini.
Les chercheurs du RMIT ont imprimé des échantillons d’objets à partir de deux alliages différents couramment utilisés : Ti-6Al-4V, un alliage de titane fréquemment utilisé pour les pièces d’avion et les implants biomécaniques ; et Inconel 625, un superalliage à base de nickel souvent utilisé dans l’industrie maritime et pétrolière.
Dans les deux cas, la surface de dépôt était en fait une sonotrode, qui est un outil produisant des vibrations ultrasoniques. Ces vibrations ont été appliquées pendant que le métal se solidifiait, essentiellement en agitant les cristaux microscopiques qui en constituaient le grain, de sorte qu’ils se sont formés en une configuration plus serrée. En conséquence, on a constaté que les objets présentaient une augmentation de 12 % de la résistance à la traction et de la limite d’élasticité, par rapport aux échantillons identiques imprimés sans ultrasons.
Les chercheurs Carmelo Todaro et Ma Qian inspectent un cube en alliage de titane imprimé en 3D
« Si vous regardez la structure microscopique des alliages imprimés en 3D, ils sont souvent constitués de cristaux larges et allongés », souligne Carmelo Todaro. » Cela peut les rendre moins acceptables pour les applications d’ingénierie en raison de leur moindre performance mécanique et de leur tendance accrue à se fissurer pendant l’impression. Mais la structure microscopique des alliages auxquels nous avons appliqué les ultrasons pendant l’impression était nettement différente : les cristaux d’alliage étaient très fins et entièrement équiaxes, ce qui signifie qu’ils s’étaient formés de manière égale dans toutes les directions sur toute la pièce métallique imprimée ».
D’autre part, en allumant et en éteignant la sonotrode pendant le processus d’impression, il était également possible de créer des pièces uniques qui avaient des microstructures différentes dans des zones différentes. C’est une qualité connue sous le nom de « gradation fonctionnelle », et elle est utile pour les objets où des facteurs tels que le faible poids ou l’utilisation réduite de matériaux sont pris en compte.
On croit qu’une fois que la technologie d’impression 3D à ultrasons sera plus développée, elle pourrait être utilisée pour augmenter la résistance d’autres métaux, notamment les aciers inoxydables, ainsi que les alliages d’aluminium et de cobalt.
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13874-z
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-01/ru-ucm010620.php
https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2020/jan/ultrasound-3d-printing
