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26 Fév, 2024

Un treillis de titane imprimé en 3D est 50 % plus résistant que l’alliage aérospatial WE54

Un treillis de titane imprimé en 3D est 50 % plus résistant que l’alliage aérospatial WE54

50 % plus résistant que le matériau le plus solide suivant de densité similaire : un alliage de magnésium moulé de qualité aérospatiale.

Un nouveau type de structure en treillis imprimée en 3D a surpris les chercheurs par sa résistance et sa légèreté. Elle utilise deux structures en treillis différentes fusionnées pour éliminer les points faibles que l’on trouve normalement dans ces formes complexes.

Les chercheurs du RMIT à Melbourne, en Australie, ont pris comme point de départ des conceptions de treillis en forme d’arcs creux, inspirées par les nénuphars à tige creuse et les coraux en tuyaux d’orgue, et ont ensuite cherché des moyens de réduire les fortes concentrations de contraintes créées aux points de jonction.

« Idéalement, la contrainte dans tous les matériaux cellulaires complexes devrait être uniformément répartie », a déclaré Ma Qian, professeur émérite et auteur principal d’une nouvelle étude. « Cependant, pour la plupart des topologies, il est courant que moins de la moitié du matériau supporte principalement la charge de compression, tandis que le plus grand volume de matériau est structurellement insignifiant. »

Les chercheurs ont renforcé le treillis tubulaire en superposant un second treillis, ajoutant une fine section en forme de X qui traverse les tubes et les joints et qui répartit la charge de manière beaucoup plus uniforme lors des essais de compression.

À gauche : les points de surcharge qui provoquent une défaillance précoce dans un treillis à jambes de force creuses ordinaire. À droite : une répartition beaucoup plus homogène des contraintes grâce au treillis multi-topologique.

Les chercheurs ont testé le cube obtenu et ont constaté qu’il était 50 % plus résistant que l’alliage de magnésium WE54 (1) coulé, un matériau de densité similaire utilisé dans l’aérospatiale.

  1. L’alliage de magnésium WE54 offre des caractéristiques de résistance à la corrosion similaires à celles des alliages de moulage d’aluminium dans des conditions de brouillard salin. C’est un produit en barre haute performance qui conserve ses propriétés mécaniques à haute température, jusqu’à 300°C. Largement utilisé dans le sport automobile, il est utilisé à la fois dans les composants structurels du moteur et dans les composants du châssis.

Selon les chercheurs, la taille du cube peut varier de quelques millimètres à plusieurs mètres, en fonction des imprimantes disponibles, et il résiste à des températures allant jusqu’à 350 °C tel quel, ou jusqu’à 600 °C si l’on passe à un alliage de titane plus résistant à la chaleur.

Les chercheurs affirment que ce matériau sera utile dans les domaines où la résistance et la légèreté sont essentielles, citant les pièces d’avion et de fusée parmi les applications commerciales possibles. Il est intéressant de noter qu’ils affirment également que cet alliage pourrait être utile pour les implants osseux médicaux, dont la forme complexe et partiellement vide pourrait éventuellement se remplir de cellules osseuses régénérées au fur et à mesure qu’il fusionne avec le corps.

Vous pouvez voir les renforts de la section transversale à travers les interstices sur les bords.

Cela sera-t-il facile à fabriquer ? « Tout le monde ne dispose pas d’une machine de fusion laser sur lit de poudre dans son entrepôt », reconnaît Ma Qian. « Toutefois, à mesure que la technologie se développe, elle deviendra plus accessible et le processus d’impression deviendra beaucoup plus rapide, ce qui permettra à un plus grand nombre de personnes d’intégrer nos métamatériaux multi-topologies à haute résistance dans leurs composants. Il est important de noter que l’impression 3D de métaux permet de fabriquer facilement des formes nettes pour des applications réelles ».

L’équipe du RMIT lance un appel aux entreprises désireuses de collaborer et de commercialiser ces métamatériaux dans toute une série d’applications, et affirme qu’elle continuera à affiner la conception du treillis afin d’en augmenter la résistance et d’en réduire le poids.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308715

https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2024/feb/titanium-lattice