Fabrication additive de pièces en titane par fusion sélective de lit de poudre

Au vu de la difficulté de mettre en forme le titane et ses alliages par des procédés conventionnels, la fabrication additive apparaît de plus en plus comme une alternative séduisante pour la production de structures à la géométrie complexe [BM 7 940]. Parmi les différentes technologies de fabrication additive, les procédés de fusion de lit de poudres [BM 7 900] permettent d’obtenir la meilleure précision dimensionnelle. Elle consiste à fabriquer une pièce tridimensionnelle, couche par couche, par fusion sélective de poudre. La fusion par faisceau d’électrons (Electron Beam Melting, EBM) et la fusion sélective par laser (Selective Laser Melting, SLM, ou Laser Beam Melting, LBM) sont à ce jour les deux technologies les plus employées pour la fabrication additive de l’alliage de titane Ti-6Al-4V. Quelle que soit la source d’énergie employée pour la fusion du lit de poudre – faisceau d’électrons ou laser –, la microstructure et les propriétés mécaniques sont conditionnées par l’histoire thermique. La microstructure résultante et les éventuels défauts présents au sein du matériau peuvent, dans une certaine mesure, être modifiés par des traitements thermiques ultérieurs.

Dans cet article, nous rappelons tout d’abord les bases de la métallurgie du titane en nous focalisant sur les transformations de phases au sein de l’alliage Ti-6Al-4V (§ 1.1). Nous décrivons ensuite les microstructures typiques obtenues en sortie de machine. Elles sont comparées à celles générées lors de procédés de corroyage conventionnels (§ 1.2). Nous nous attachons également à l’étude des différents défauts pouvant apparaître en cours de fabrication (porosités, rugosité de surface et contraintes résiduelles) et présentons une approche permettant de décrire le lien de causalité avec les paramètres de construction et la formation des porosités (§ 2). Les différents post-traitements, thermiques ou mécaniques, pouvant être mis en œuvre afin de minimiser l’influence des défauts et d’optimiser la microstructure du matériau sont introduits (§ 3). Les propriétés mécaniques de l’alliage Ti-6Al-4V produit par SLM et EBM sont ensuite présentées (§ 4).

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des notations et des symboles utilisés.