Nouveau alliage de titane rend l’impression 3D plus solide et moins chère

Des ingénieurs du Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) ont dévoilé un nouveau procédé de fabrication pour créer du titane imprimé en 3D. Le design revisité remplace des ingrédients coûteux tout en améliorant la durabilité et en réduisant les coûts et le temps de production. Voici comment cet alliage de titane amélioré a le potentiel de révolutionner plusieurs industries, tout en inspirant de nouvelles conceptions composites innovantes.

Alliages de titane imprimés en 3D

La capacité d’imprimer en 3D des alliages de titane n’existe que depuis environ une décennie et continue d’évoluer chaque année. De nombreuses raisons poussent les scientifiques à se tourner vers les alliages de titane comme matériau idéal pour l’impression 3D. D’une part, ils offrent un rapport résistance/poids exceptionnel. De plus, le matériau est résistant à la corrosion, ce qui favorise son utilisation dans les dispositifs médicaux et autres appareils high-tech critiques.
Les développements récents ont encore accru l’intérêt pour les alliages de titane imprimés en 3D. Le développement de structures en treillis de titane répétables a contribué à rendre ces impressions plus stables, permettant leur utilisation dans davantage d’applications. Notamment, la méthode la plus courante pour imprimer des alliages de titane consiste à utiliser les techniques de Fusion sur lit de poudre laser (LPBF) ou de Dépôt d’énergie dirigée (DED).

Comprendre le Ti-6Al-4V: l’alliage standard de l’industrie

Bien qu’il existe de nombreux types d’alliages de titane, le plus populaire et le plus établi est le titane de grade 5 (Ti-6Al-4V). Cet alliage de titane offre durabilité, résistance et faible densité aux impressions. De plus, sa polyvalence permet son utilisation dans un large éventail d’applications, notamment comme composant clé dans les secteurs aérospatial et automobile avancés.

Problèmes de l’impression 3D des alliages de titane

Bien que populaire, le titane de grade 5 n’est pas parfait. Ses défauts incluent un processus de fabrication compliqué, sujet à l’oxydation, entraînant des erreurs d’impression. Pour éviter cela, ces pièces ne peuvent fonctionner que dans un environnement à gaz inerte. Chacune de ces exigences augmente le coût global de l’impression 3D du titane.

Pourquoi le contrôle de la microstructure est important dans l’impression du titane

L’un des principaux facteurs limitants de l’approche actuelle de l’impression 3D du titane est le contrôle des transitions microstructurales qui se produisent lors du processus de solidification. Ce phénomène, appelé transition colonne-équiaxe (CET), est un élément crucial à maîtriser pour produire des impressions d’alliage de titane de haute qualité.
À ce jour, il a été extrêmement difficile pour les chercheurs d’obtenir un contrôle précis du CET. Les données montrent que ces matériaux ont tendance à former des microstructures en forme de colonnes lors du refroidissement. Malheureusement, ces structures compromettent l’intégrité des impressions, entraînant des propriétés mécaniques inégales et une durabilité réduite.

Étude sur les alliages de titane imprimés en 3D

Heureusement, ces problèmes pourraient devenir du passé. Une équipe de scientifiques du Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) vient de découvrir comment libérer le plein potentiel des alliages de titane imprimés en 3D.

Leur étude¹, « Critères de composition pour prédire les transitions colonne-équiaxe dans la fabrication additive de métaux », publiée dans la revue scientifique Nature Communications, explique comment ils ont pu surmonter la création de microstructures en forme de colonnes en utilisant de nouveaux mélanges de matériaux.

Source – Université RMIT