L’avenir du soudage et des véhicules légers

soudage

Crédit : domaine public CC0

La fabrication de structures de véhicules à partir d’une combinaison de métaux et de plastiques pourrait les rendre considérablement plus légères, plus solides, plus sûres et plus respectueuses de l’environnement que les approches tout acier ou tout aluminium qui dominent aujourd’hui.

Mais comment joindre rapidement et à moindre coût tous ces matériaux ensemble a été un problème délicat. Un laboratoire de l’Université du Michigan développe des solutions.

La première méthode viable pour souder le plastique et le métal directement ensemble a été récemment développée sous la direction de Pingsha Dong, le Robert F. Beck Collegiate Professor of Engineering, et est maintenant rapportée dans le Journal des processus de fabrication.

Dong détaille comment son équipe a réalisé un exploit que l’on croyait impossible pendant des décennies. Il discute également d’un procédé aluminium-acier qui pourrait permettre l’impression 3D d’aluminium sur de l’acier.

Comment la possibilité de souder des matériaux très différents pourrait-elle améliorer les voitures ?

“Les modèles informatiques nous montrent que nous pouvons rendre les structures des voitures et des camions légers jusqu’à 40 % plus légères en les construisant avec une combinaison de métaux et de plastiques. Un poids plus léger apporte une variété d’avantages, principalement une meilleure efficacité. Les véhicules à essence pourraient voir une meilleure économie de carburant, tandis que les véhicules électriques peuvent obtenir une plus grande autonomie. Les véhicules à structures multimatériaux peuvent également mieux gérer et offrir une sécurité améliorée.

“Le problème est que, traditionnellement, la seule façon d’assembler le métal et le plastique était d’utiliser des adhésifs ou des fixations mécaniques, ce qui est trop lent et trop coûteux pour autre chose que des véhicules spécialisés à faible volume. Les procédés que nous développons pourraient changer cela et apporter des véhicules multimatériaux des structures et des composants du domaine des exotiques au courant dominant.”

“Nos nouvelles techniques de soudage pourraient également améliorer les batteries et les boîtiers des véhicules électriques. Aujourd’hui, ce sont des structures multicouches qui sont généralement maintenues ensemble avec des adhésifs et des fixations mécaniques. Elles sont très difficiles à démonter pour être réparées ou recyclées. Les batteries soudées pourraient être démontés et remontés beaucoup plus facilement, et ils pourraient aussi être plus légers, moins chers à fabriquer et plus faciles à conserver au frais. »






Crédit : Université du Michigan

Parlons métal et plastique. Pourquoi est-il si difficile de les souder ensemble ? Comment fonctionne votre processus ?

“Le soudage consiste à créer des liaisons entre deux matériaux au niveau moléculaire. La sagesse conventionnelle depuis des décennies est que le plastique et le métal sont fondamentalement incompatibles, et il n’y a aucune raison d’essayer de les souder ensemble. Cependant, nous avons découvert que la bonne combinaison de chaleur et la pression dans les bonnes zones peut provoquer la liaison du carbone et de l’oxygène du plastique avec le métal.”

“Nous avons utilisé une machine prête à l’emploi qui ressemble à une perceuse à colonne avec une tête tournante cylindrique. Le métal est placé sur le dessus du plastique et la tête est abaissée sur les deux matériaux. Cela crée de la chaleur et de la pression, liant le deux matériaux ensemble dans une soudure par points ou une soudure linéaire.”

Quels matériaux peuvent être collés avec ce procédé ? Et quand les fabricants pourraient-ils l’utiliser ?

“N’importe quel métal peut être collé directement avec n’importe quel plastique contenant une quantité adéquate de composés oxygène-carbone. La clé est de calculer le” point idéal “de la chaleur et de la pression qui soudera une combinaison donnée de matériaux, et nous pouvons travailler avec les fabricants Pour déterminer cela. Pour les plastiques qui n’ont pas assez de composés oxygène-carbone, comme le polypropylène, nous pouvons mettre un film plastique peu coûteux entre les deux matériaux pour « ensemencer » la liaison avec l’oxygène et le carbone.

“Nous avons breveté le processus et nous travaillons déjà avec des fabricants d’équipements pour développer des équipements commerciaux qui peuvent être concédés sous licence aux constructeurs automobiles et à d’autres fabricants. Je dirais que nous verrons cette technologie dans l’industrie d’ici deux ans.”

Qu’en est-il de vos recherches sur l’acier et l’aluminium ?

“La possibilité de combiner l’acier et l’aluminium pourrait permettre non seulement le soudage, mais également de nouvelles façons peu coûteuses d’imprimer en 3D des alliages d’aluminium sur de l’acier. Les tentatives précédentes ont conduit à la formation de composés cassants à l’interface entre les deux métaux, réduisant la résistance de l’alliage.”

“Notre procédé utilise une combinaison précise de chaleur et de pression pour empêcher la formation de ces composés, et il pourrait offrir de nouvelles façons de combiner le poids léger de l’aluminium avec la haute résistance de l’acier.”

Plus d’information:
AS Khan et al, Assemblage d’un composite de métal et de polypropylène non polaire par une simple couche d’ensemencement de groupes fonctionnels, Journal des processus de fabrication (2022). DOI : 10.1016/j.jmapro.2022.11.022

FC Liu et al, Microstructure interfaciale amorphe et force de liaison élevée dans les composants bimétalliques Al-Fe grâce à une technique de fabrication additive à l’état solide de grande surface, Journal de la technologie de traitement des matériaux (2022). DOI : 10.1016/j.jmatprotec.2022.117721

Fourni par l’Université du Michigan

Citation: Du plastique au métal, de l’acier à l’aluminium : l’avenir du soudage et des véhicules légers (29 novembre 2022) récupéré le 9 décembre 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-11-plastic-metal-steel-aluminum-future .html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.