Par définition, un alliage est un mélange de deux métaux ou plus, ou d’un métal de base avec des ajouts non métalliques. En intégrant divers éléments dans la structure du réseau d’un métal pur, les propriétés des matériaux peuvent être améliorées bien au-delà de celles de l’élément de base. Les alliages tels que le bronze (par exemple, le cuivre avec des ajouts d’étain) et l’acier (par exemple, le fer avec des ajouts de carbone) sont utilisés par l’homme depuis des milliers d’années pour augmenter les performances mécaniques, ou la résistance, des pièces structurelles et des outils. Dans l’industrie de la FA, de nombreux utilisateurs finaux ne réalisent pas l’énorme potentiel des alternatives à haute résistance aux matériaux standard tels que AlSi10Mg et Ti6Al4V. Ulrich Schmidt et Moritz Roscher, respectivement responsable international du marketing technique et responsable des alliages pour la fabrication additive de la ligne commerciale Functional Applications chez ECKART GmbH, nous font part de l’élargissement du portefeuille d’alliages à haute résistance à base d’aluminium et de titanium de l’entreprise.
Pour rappel, ECKART GmbH est une division du groupe de chimie de spécialité ALTANA dont le siège est en Allemagne. Après l’acquisition de la société britannique Aluminium Materials Technologies Ltd. (AMT), la société s’est positionnée sur le marché de la fabrication additive en tant que développeur et fournisseur d’A20XTM, une poudre légère à base d’aluminium dérivée de l’alliage A205 approuvé pour l’aérospatiale (MMPDS).
Comme il s’agit de l’un des procédés les plus utilisés dans la FA, il était logique que les producteurs de matériaux conçoivent des alliages d’aluminium à haute résistance compatibles avec la fusion laser sur lit de poudre (LPBF = Laser powder bed fusion). Le problème est que la susceptibilité des alliages d’aluminium conventionnels à haute résistance à la fissuration à chaud et une mauvaise aptitude générale à la transformation ont souvent rendu difficile la transformation des alliages d’aluminium à haute résistance par L-PBF.
ECKART GmbH a résolu ces problèmes avec son matériau approuvé pour l’aérospatiale. La composition chimique unique de l’A20XTM contient des particules de céramique TiB2 qui modifient le mécanisme de solidification, ce qui permet d’obtenir des microstructures entièrement équiaxes et à grain fin. Le matériau n’est pas susceptible de se fissurer par solidification et peut être traité sur n’importe quelle machine LPBF commerciale.
L’entreprise cherche maintenant à augmenter les capacités de son matériau pour permettre son traitement par d’autres technologies de FA. « Actuellement, le principal moteur de l’utilisation du matériau A20X est le procédé LPBF. Toutefois, dans le cadre d’études de faisabilité, ce matériau a été utilisé avec succès dans la technologie DED basée sur le laser. Nous encourageons activement l’utilisation de l’A20X dans les applications DED, car nous sommes convaincus que ses propriétés conviennent parfaitement à ce domaine d’utilisation », déclarent les experts.
En outre, comme les coûts et la recyclabilité restent des considérations essentielles pour les utilisateurs de la FA qui examinent minutieusement tous les moyens de réduire le coût final de la pièce imprimée en 3D et de tirer le meilleur parti de chaque équipement de FA, il est important que les producteurs de matériaux s’assurent que les propriétés de leur matériau permettent de réutiliser les restes de matériau à la fin de la production.
En effet, comme vous le savez peut-être, il reste souvent deux types de poudre dans le lit de poudre à la fin d’un processus de fabrication : l’une est affectée par le processus de construction et comprend la poudre qui a été partiellement fondue ou chauffée pendant le processus mais qui n’a pas été fusionnée dans la pièce fabriquée, et l’autre type, est la poudre récupérée après une construction.
Schmidt et Roscher confirment que la « poudre A20X est réutilisable, à condition que des paramètres critiques tels que la teneur en oxygène ou l’élimination des éclaboussures soient pris en compte. Il n’existe pas de ligne directrice générale, car il faut tenir compte de l’ensemble du processus d’impression individuel. Les projets scientifiques visant à utiliser la poudre A20X excédentaire montrent qu’il existe des moyens, par exemple le processus FAST, qui permettent de recycler le matériau avec succès ».
Nouveaux développements chez ECKART GmbH
« Dans le domaine des alliages d’aluminium, la force d’Eckart réside dans le célèbre alliage A20X, un matériau unique approuvé par l’industrie aérospatiale. Au salon Formnext, Eckart présentera pour la première fois des alliages de titane à haute résistance tels que Ti-5-5-5-3, Ti-6-2-4-2 ou Ti-6-2-4-6, qui se distinguent par leurs performances mécaniques », déclarent Schmidt et Roscher.
Les alliages de titane ont souvent besoin d’un moulage complexe et d’un traitement thermomécanique pour atteindre la résistance élevée requise pour certaines applications critiques. Grâce à ses capacités, le procédé L-PBF reste l’une des technologies qui peuvent permettre la production de ces pièces imprimées en 3D, solides et thermiquement stables, dont on a tant besoin, dans des alliages de titane commerciaux.
Compte tenu de ses décennies d’expérience dans la fabrication de poudres d’aluminium pures, sphériques et nodulaires, de poudres métalliques à base de zinc et de cuivre, ainsi que de divers alliages de titane, je suis convaincue qu’ECKART s’est appuyé sur cette expérience pour fournir un matériau digne de l’industrie de la fabrication additive.
D’un point de vue strictement commercial, malgré un environnement de marché difficile marqué par de fortes fluctuations de prix, une chaîne d’approvisionnement et des pénuries de matières premières à l’échelle mondiale, les experts de l’industrie rapportent que le segment des poudres métalliques profite de la croissance supérieure à la moyenne de l’industrie de la fabrication additive. « Pour suivre le rythme de croissance des marchés, Eckart envisage déjà d’augmenter la capacité de ses poudres de FA », ajoutent-ils.
Le prochain rendez-vous ?
Nous avons hâte que nos experts nous en disent plus sur le développement et les applications de leurs nouveaux alliages à haute résistance pour la FA. Le prochain rendez-vous est sans aucun doute celui de Formnext 2023, où l’entreprise présentera son dernier portefeuille de poudres métalliques et ses capacités de personnalisation dans le hall 12.0, stand A101.
« Sur le stand, nous présenterons une pièce de course automobile provenant d’une voiture de course de formule étudiante. Cette pièce a été délibérément imprimée avec le procédé LPBF avec de la poudre A20X en raison de ses propriétés mécaniques exceptionnelles qui permettent de l’utiliser comme composant critique, en particulier comme support de roue. Les réunions en face à face et les discussions stimulantes avec les experts de l’industrie nous aideront à améliorer continuellement nos services et nos offres », concluent Schmidt et Roscher.
Ce contenu a été initialement publié dans le numéro de Septembre/Octobre de 3D ADEPT Mag.