08.04.2022 - Indian Institute of Science

Une autre technique peu coûteuse pour produire des poudres métalliques destinées à l'impression 3D

La fabrication additive (FA), également connue sous le nom d'impression 3D métallique, crée des objets par ajout de matière, couche par couche. L'un des principaux matériaux de base de la fabrication additive est la poudre métallique, qui est principalement produite à l'aide d'une technique appelée atomisation, dans laquelle un flux de métal fondu est fragmenté en fines gouttelettes à l'aide de jets d'air ou d'eau. Cependant, malgré son utilisation répandue, l'atomisation donne un rendement médiocre, est coûteuse et peu flexible quant aux 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 autre technique de production de poudres métalliques qui contourne ces problèmes. Cette découverte a des implications intéressantes pour les processus d'AM en général, y compris dans des domaines tels que la fabrication d'implants biomédicaux.

Dans l'industrie du meulage des métaux, le matériau enlevé - appelé copeaux - est souvent jeté comme un déchet. Il est généralement de forme filandreuse, comme les copeaux de métal, mais il arrive aussi souvent que des particules parfaitement sphériques soient projetées. Les scientifiques ont longtemps émis l'hypothèse que ces corps passent par un processus de fusion pour prendre cette forme sphérique, ce qui pose des questions intéressantes : la chaleur du broyage provoque-t-elle la fusion ? Y a-t-il une fusion ? L'équipe de Viswanathan a montré que ces corps métalliques pulvérulents se forment à la suite d'une 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 l'AM. Leur étude montre que ces particules sont tout aussi performantes que les poudres commerciales atomisées au gaz dans le contexte de l'AM des métaux.

Priti Ranjan Panda, doctorante au Centre for Product Design and Manufacturing de l'IISc et l'un des auteurs de l'étude, ajoute : "Nous disposons d'une méthode alternative, plus économique et intrinsèquement évolutive pour fabriquer des poudres métalliques, et la qualité des poudres finales semble très compétitive par rapport aux poudres atomisées au gaz classiques."

À propos des applications de leurs découvertes, M. Viswanathan explique : "L'adoption de l'AM métallique a suscité un intérêt considérable ces derniers temps 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 pour fabriquer des 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, doctorant au département de génie mécanique et coauteur de cette étude. Selon les chercheurs, la fabrication de poudres métalliques par abrasion présente également un potentiel dans d'autres applications à haute performance, comme les moteurs d'avion, où un haut degré de spécificité et de sophistication est requis.

À l'heure actuelle, les poudres métalliques sont généralement produites dans une installation d'atomisation, ce qui nécessite un transport pour le moulage et le recyclage, créant ainsi une grande chaîne d'approvisionnement. Cela fonctionne pour les métaux abondants comme l'aluminium, souligne M. Viswanathan, mais pour les matériaux stratégiques (comme le tantale et le lithium), dont l'extraction seule est un processus complexe, il serait favorable de disposer d'un processus évolutif pour produire des poudres métalliques. Alors, en principe, toute la chaîne d'approvisionnement peut être logée dans une seule installation - une possibilité que leur technique pourrait offrir.

  • Production of powders for metal additive manufacturing applications using surface grinding; Manufacturing Letters; 2022

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