Dans cette configuration d’essai en laboratoire, une barre en alliage de nickel est extraite d’un bain-marie par une bobine d’induction.
Si la technologie de l’impression 3D permet de produire efficacement des pièces métalliques complexes, celles-ci se déforment souvent lorsqu’elles sont soumises à des contraintes et chauffées. Ce ne sera peut-être bientôt plus le cas, grâce à une nouvelle technique mise au point au MIT.
Le problème des composants métalliques imprimés en 3D réside dans un phénomène connu sous le nom de « fluage », dans lequel une contrainte mécanique persistante et une chaleur élevée entraînent une déformation permanente des métaux. Le fluage est particulièrement susceptible de se produire lorsque le métal est constitué de grains fins, ce qui est le cas du métal qui a été imprimé en 3D.
Dirigée par le professeur Zachary Cordero, une équipe du MIT a mis au point un processus de traitement thermique qui rend ces grains plus gros et donc moins susceptibles de se déformer. Il s’agit d’une variation d’une technique existante connue sous le nom de recristallisation directionnelle.
Lors de tests en laboratoire, des tiges en alliage de nickel imprimées en 3D ont été placées dans un bain d’eau à température ambiante, directement sous une bobine d’induction, puis lentement tirées vers le haut à travers la bobine à différentes vitesses. Ce faisant, une partie de chaque tige a été chauffée à des températures allant de 1 200 à 1 245 ºC, produisant un gradient thermique élevé dans le métal, entre la bobine et l’eau.
Ce gradient a à son tour provoqué la transformation des grains microscopiques du métal en grains « colonnaires » beaucoup plus gros. Comme le mot l’indique, les nouveaux grains ont pris la forme de colonnes, alignées sur l’axe de la plus grande contrainte dans le métal.
Dans le cas des tiges, on a constaté que l’effet optimal se produisait à une température de 1 235 ºC et à une vitesse d’étirage de 2,5 mm par heure – les scientifiques travaillent à augmenter cette vitesse. Il va sans dire que d’autres combinaisons seraient probablement plus efficaces pour d’autres métaux. En fait, en fonction de l’utilisation prévue de la pièce imprimée en 3D, la structure du grain pourrait être modifiée au sein d’un même élément, en changeant la température et la vitesse au cours du traitement.
Il est maintenant prévu de tester cette technologie sur des structures ressemblant aux pales de turbines à gaz ou de moteurs à réaction, qui doivent supporter des contraintes mécaniques permanentes et une chaleur élevée. S’il s’avère que ces structures sont moins sujettes au fluage, cela pourrait ouvrir la voie à des conceptions meilleures et plus efficaces.
« De nouvelles géométries de pales et d’aubes permettront de concevoir des turbines à gaz terrestres plus efficaces sur le plan énergétique, ainsi que, à terme, des moteurs à réaction », a déclaré Zachary Cordero. « Cela pourrait, d’un point de vue de base, conduire à une réduction des émissions de dioxyde de carbone, simplement grâce à l’amélioration de l’efficacité de ces dispositifs. »
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860422005875?via%3Dihub=
