La fabrication additive métallique par dépôt sous énergie concentrée (DED) permet d’obtenir des pièces de grande dimension, ou de faire de la réparation, de manière rapide. En contrepartie, cette technologie produit des pièces dont la microstructure et l’état de surface sont plus grossiers qu’avec les technologies de fusion sélective par laser (SLM).
DED : une microstructure anisotrope
Lorsque l’on observe au microscope les pièces obtenues par DED, on remarque la présence de grains de structure colonnaire. Cette particularité est valable pour la plupart des alliages métalliques et est liée à une faible germination des grains, inhérente au procédé. Ceci a 3 conséquences :
- forte anisotropie ;
- performance mécanique réduite ;
- tendance à la fissuration à chaud.
Effets des ultrasons sur la microstructure
Les travaux de cette équipe de chercheurs australiens avaient donc pour objectif de remplacer ces gros grains à la structure colonnaire par des grains fins de structure équiaxiale.
Ils expliquent dans une publication récente pour le journal Nature, avoir réussi à mettre à profit leur longue expérience dans le raffinement de grains des alliages légers par ultrasons. Dans le cas présent, ils ont ainsi utilisé une sonotrode permettant d’obtenir des vibrations à 20 kHz.
L’analyse de la microstructure des échantillons en Ti-6Al-4V (TA6V) obtenus par DED avec et sans ultrasons met en évidence des différences importantes. Les résultats de la comparaison des clichés de microscopie optique en lumière polarisée montrent que la présence des ultrasons permet d’obtenir des grains de forme équiaxiale d’une taille de 100 µm (voir Fig 1).
La différence est plus que notable : sans ultrasons, la taille de ces grains dépasse plusieurs millimètres de longueur pour 0,5 mm de largeur.
Des résultats encourageants
Concrètement, l’utilisation d’ultrasons permet d’améliorer considérablement les propriétés mécaniques. Les essais que les chercheurs ont effectués sur le TA6V indiquent une augmentation de 12 % de la limite d’élasticité et de la résistance à la traction.
Mais il y a plus important encore : leur approche est applicable à d’autres alliages métalliques comme l’Inconel 625. Si le gain de propriétés mécaniques n’est pas précisé, l’effet sur la microstructure semble en revanche similaire.
L’adaptation de cette technique aux procédés industriels pourrait permettre d’obtenir des alliages de structure suffisamment performants pour être utilisables dans les industries les plus exigeantes.
Dans l'actualité
- Fabrication additive métallique : un marché français encore timide
- Le marché mondial de la fabrication additive métallique explose
- Fabrication additive métallique : réalités technologiques et économiques
- AddUp, un modèle de croissance dans la fabrication additive métallique
- Infographie : fabrication additive et créativité
- Jeu concours : Tentez de gagner l’ouvrage du CETIM « Fabrication additive métallique – Les fondamentaux »
- Des métaux à ultra haute résistance obtenus sous haute pression
- Jeu concours : Tentez de gagner l’ouvrage du CETIM « Fabrication soustractive métallique, Coupe des matériaux en usinage »
- [Webinar] La fabrication additive dans tous ses états
- Identifier les points faibles des métaux avant l’apparition de fissures
- Ondes sonores à haute fréquence: de nouvelles applications médicales et en science des matériaux
- Imprimer des pièces détachées pour les industriels, le pari de Spare Parts 3D
- L’usage du plomb dans les alliages métalliques dans le viseur de l’Europe
- Une nouvelle génération de catalyseurs pour le management thermique en vol hypersonique
- Symposium : le Cetim organise une 1ère édition dédiée à la fabrication additive métallique