Une technique alternative à faible coût pour produire des poudres métalliques pour l’impression 3D

Une technique alternative à faible coût pour produire des poudres métalliques pour l'impression 3D

Panneau montrant des poudres métalliques produites à l’aide du procédé à base d’abrasion. À gauche : stock de poudre final typique après traitement. Au milieu : image SEM montrant la distribution des tailles de poudre. À droite : particule de poudre unique typique, d’environ 30 à 50 micromètres de diamètre. Crédit : Laboratoire des procédés avancés de fabrication et de finition (LAMFiP), IISc (mecheng.iisc.ac.in/lamfip)

La fabrication additive (FA), également connue sous le nom d’impression 3D métal, crée des objets par ajout de matière, couche par couche. Un matériau source majeur pour la FA est la poudre métallique, qui est principalement produite à l’aide d’une technique appelée atomisation, dans laquelle un flux de métal en fusion est divisé en fines gouttelettes à l’aide de jets d’air ou d’eau. Cependant, malgré son utilisation généralisée, l’atomisation donne un rendement médiocre, est coûteuse et manque de flexibilité dans les types de matériaux qu’elle peut traiter. Une équipe de chercheurs de l’Indian Institute of Science (IISc) dirigée par Koushik Viswanathan, professeur adjoint au Département de génie mécanique, a identifié une technique alternative pour produire des poudres métalliques qui contourne ces problèmes. Cela a des implications intéressantes pour les processus de FA en général, y compris des domaines tels que la fabrication d’implants biomédicaux.

Dans l’industrie du meulage des métaux, le matériau retiré, appelé copeaux, est souvent jeté comme un déchet. Il a généralement une forme filandreuse, comme des copeaux de métal, mais il émet souvent aussi des particules parfaitement sphériques. Les scientifiques ont longtemps émis l’hypothèse que ces corps passent par un processus de fusion pour prendre la forme sphérique, posant ainsi des questions intéressantes : la chaleur du broyage provoque-t-elle la fusion ? Y a-t-il de la fonte ? L’équipe de Viswanathan a montré que ces corps métalliques pulvérulents se forment à la suite de la fusion due à la chaleur élevée de l’oxydation, une réaction exothermique, au niveau de la couche de surface. Ils ont ensuite affiné ce processus pour produire de grandes quantités de poudres sphériques, qui sont collectées et traitées ultérieurement pour être utilisées comme matériau de base dans la FA. Leur étude montre que ces particules fonctionnent aussi bien que les poudres commerciales atomisées au gaz dans le contexte de la FA métallique.

Priti Ranjan Panda, titulaire d’un doctorat. étudiant au Centre de conception et de fabrication de produits de l’IISc et l’un des auteurs de l’étude, déclare : “Nous avons une voie alternative, plus économique et intrinsèquement évolutive pour fabriquer des poudres métalliques, et la qualité des poudres finales semble être très compétitive lorsque par rapport aux poudres conventionnelles atomisées au gaz.”

À propos des applications de leurs découvertes, Viswanathan explique : « L’adoption de la FA métallique a suscité récemment un intérêt considérable car, par nature, elle permet une personnalisation importante et une liberté de conception. Cependant, le coût élevé des poudres métalliques en stock a été la pierre d’achoppement. Nous espérons que notre travail ouvrira de nouvelles portes à la fabrication de poudres métalliques moins chères et plus accessibles.”

“La réduction du coût du processus AM (via des poudres économiques) peut élargir la gamme de matériaux dans des situations telles que la fabrication d’implants biomédicaux, qui pourraient devenir moins chers et plus accessibles”, ajoute Harish Singh Dhami, un Ph.D. étudiant au Département de génie mécanique et co-auteur de cette étude. Les chercheurs affirment que la fabrication de poudre métallique par abrasion présente également un potentiel dans d’autres applications hautes performances telles que les moteurs d’avion, où un degré élevé de spécificité et de sophistication est requis.

Actuellement, les poudres métalliques sont généralement produites dans une installation d’atomisation, nécessitant un transport pour la coulée et le recyclage, mettant ainsi en place une grande chaîne d’approvisionnement. Cela fonctionne pour les métaux abondants comme l’aluminium, souligne Viswanathan, mais pour les matériaux stratégiques (comme le tantale et le lithium), où l’extraction seule est un processus complexe, il serait favorable d’avoir un processus évolutif pour produire des poudres métalliques. Ensuite, en principe, toute la chaîne d’approvisionnement peut être hébergée dans une seule installation – une possibilité que leur technique pourrait offrir.


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Plus d’information:
Harish Singh Dhami et al, Production de poudres pour les applications de fabrication additive métallique utilisant le meulage de surface, Lettres de fabrication (2022). DOI : 10.1016/j.mfglet.2022.02.004

Fourni par l’Institut indien des sciences

Citation: Une technique alternative à faible coût pour produire des poudres métalliques pour l’impression 3D (6 avril 2022) récupéré le 6 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-alternative-low-cost-technique-metal-powders .html

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