Dans une recherche, les scientifiques ont démontré la possibilité de créer du métal amorphe ou du verre métallique à grande échelle en utilisant la fabrication additive. Cette recherche ouvre des possibilités pour un large éventail d’applications telles les moteurs électriques, les matériaux (résistants à l’usure ainsi que de plus haute résistance) et les structures légères.

La réalité est que les verres métalliques n’ont pas les structures cristallines de la plupart des métaux, par conséquent, la structure amorphe entraîne des « propriétés exceptionnellement désirables ». De plus, étant donné que le refroidissement rapide est important dans la fabrication du verre métallique, les chercheurs n’ont pu que projeter des verres métalliques en petites épaisseurs. En raison d’une limite de taille appelée épaisseur de coulée critique de l’alliage, les alliages de fer ne peuvent être coulés qu’en respectant quelques millimètres d’épaisseur.

« L’idée d’utiliser la fabrication additive, ou l’impression 3D, pour produire du verre métallique à des échelles plus grandes que l’épaisseur de moulage critique existe depuis plus d’une décennie », explique Zaynab Mahbooba, auteur d’un article sur le travail. « Mais c’est le premier travail publié démontrant que nous pouvons réellement le faire. Nous avons été en mesure de produire un alliage de fer amorphe sur une échelle 15 fois plus grande que son épaisseur de coulée critique. »

The cylinder shown here is an amorphous iron alloy, or metallic glass, made using an additive manufacturing technique. Photo credit: Zaynab Mahbooba.

La technique fonctionne en appliquant un laser à une couche de poudre métallique, fondant la poudre en une couche solide qui n’a que 20 microns d’épaisseur. La « plateforme de construction » descend alors de 20 microns, plus de poudre est répandue sur la surface, et le processus se répète. Parce que l’alliage est formé petit à petit, il se refroidit rapidement – en conservant ses qualités amorphes. Cependant, le résultat final est un objet en verre métallique solide – pas un objet fait de couches discrètes laminées de l’alliage.

Selon les experts, cette technique peut également être utilisée pour produire d’autres alliages amorphes. Cependant, il convient de noter qu’une des limitations serait la possibilité de produire des poudres métalliques de n’importe quelle composition d’alliage.

« Il faudra des essais et des erreurs pour trouver les compositions d’alliage qui ont la meilleure combinaison de propriétés pour une application donnée », explique Mahbooba. « Par exemple, vous voulez vous assurer que vous avez non seulement les propriétés électromagnétiques souhaitables, mais que l’alliage n’est pas trop fragile pour une utilisation pratique. »

La recherche complète, “Additive manufacturing of an iron-based bulk metallic glass larger than the critical casting thickness,” est publiée dans la revue Applied Materials Today.

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