Une fenêtre d’opportunité pour accélérer le développement d’alliages pour la fabrication additive

Sep 05, 2023

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Les technologies de fabrication additive (FA) présentent de nombreux avantages, notamment des structures légères (treillis, surfaces minimales triplement périodiques et autres formes organiques), la consolidation des pièces, la nécessité limitée d'outillage et la réduction des délais. Ces avantages peuvent contribuer à augmenter la productivité, le rendement et les coûts de fabrication. Pour ces raisons, la fabrication additive a été envisagée pour diverses applications dans les domaines de l’aviation, de l’automobile, du médical, de l’énergie, de l’espace et de la défense. La fabrication additive a également remis en question la manière dont les technologies de fabrication sont utilisées de manière sélective. La fabrication additive a montré des mérites substantiels pour prendre en charge les tests et l'évaluation rapides de nouveaux concepts de conception et le développement de produits a été réalisé pour la fabrication d'équipements de test, de gabarits, de montages ainsi que de pièces de test. La FA offre également la possibilité d’avoir un impact sur le coût du cycle de vie des produits en tant que technologie de réparation.

La majorité du développement de produits de fabrication additive métallique au cours de la dernière décennie s'est concentrée sur les alliages existants historiquement développés pour les applications de moulage ou de forgeage. Dans l’histoire récente, la communauté AM a commencé à désigner de manière informelle ces matériaux comme la première génération de matériaux AM. Au cours des sept dernières années, des efforts sélectionnés ont été déployés pour explorer et promouvoir l'amélioration des performances des matériaux en modifiant les caractéristiques physiques et chimiques des matières premières. Ceux-ci peuvent inclure la modification de certains ajouts d'alliages (jusqu'à l'extrémité inférieure ou supérieure de la plage de concentration spécifiée des éléments d'alliage) ou des ajustements de la distribution granulométrique du matériau dans le cas des métaux en poudre et sont appelés la deuxième génération de matériaux de fabrication additive. La troisième génération est constituée d'alliages développés avec la fabrication additive comme principale méthode de fabrication et pouvant présenter des compositions chimiques sensiblement différentes de celles disponibles dans le commerce.

Brandon Ribic, directeur technologique d'America Makes, parle du développement actuel des alliages pour la fabrication additive, de ce à quoi les fabricants peuvent s'attendre dans les prochaines années et de l'importance du partage de données.

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La modification d'alliages existants ou le développement d'alliages entièrement nouveaux pour la fabrication additive offrent un large éventail d'avantages potentiels, notamment des performances de produit améliorées, un rendement et une productivité accrus et une réduction des coûts de post-traitement. Malgré ces avantages, le développement et la qualification d'alliages grâce aux approches fiables existantes peuvent rencontrer des risques et des défis où le coût et les délais de commercialisation peuvent compromettre l'adoption dans la nomenclature de production ou le respect des critères de retour sur investissement. Dans de nombreux cas, les efforts de recherche et développement devront relever directement ces défis afin de mettre à l’échelle et de fournir des solutions matérielles viables. La communauté AM doit reconnaître ces risques pour limiter les conséquences sur les délais de développement et augmenter la probabilité de succès des efforts futurs.

Il existe des opportunités de développement et de validation de nouveaux outils, techniques et méthodes pour accélérer le développement d’alliages pour les processus de fabrication additive. La mise en place de moyens plus rapides et plus rentables pour qualifier et certifier les alliages devrait améliorer la compétitivité de la fabrication nationale et favoriser une industrialisation plus large des matériaux de fabrication additive et de la conception de produits pour des secteurs tels que la défense, l'aérospatiale, le médical, l'automobile, l'énergie et le nucléaire.

America Makes discute des opportunités de développement d'alliages avec la chaîne d'approvisionnement nationale de fabrication additive depuis début 2021 et a recueilli les informations de plus de 100 organisations. Une considération essentielle dans toute entreprise de développement matériel est de commencer par la fin du voyage. Cela dit, le développement d’alliages est le plus souvent motivé par le désir de réaliser des améliorations spécifiques au produit, notamment :

L'augmentation des caractéristiques chimiques et physiques des matières premières métalliques peut affecter la capacité d'un processus de FA à produire facilement et de manière reproductible certaines géométries. De plus, ces caractéristiques peuvent avoir des effets involontaires importants sur la microstructure et les propriétés mécaniques du matériau tel que construit. Compte tenu de ces risques, il est important d’inclure diverses approches par étapes pour évaluer la façon dont les caractéristiques des matières premières influencent la qualité des matériaux sous leur forme intermédiaire et finale. La densité et la microstructure des matériaux peuvent avoir une influence significative sur l'inspectabilité, la tolérance aux dommages et la certification. La composition chimique et les caractéristiques physiques peuvent également conduire à des défauts entraînant une qualité de matériau inacceptable. Les efforts de développement doivent tenir compte de ces facteurs car ils peuvent provoquer des fissures ou d'autres discontinuités.