L'Inox316L avec des propriétés mécaniques optimisées en fabrication additive

Nos confrères du magazine en ligne 3dnatives ont publiés un article sur les propriétés améliorées de l'Inox 316L en fabrication additive. En effet, des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont réalisé d’importants progrès dans l’impression 3D du 316L. Cet acier présente une bonne résistance à la corrosion et une haute ductilité et sert entre autres à fabriquer des oléoducs, pièces de moteurs, équipement de cuisine, .... Les tests réalisés par les chercheurs montrent que, sous certaines conditions, l’acier imprimé en 3D est trois fois plus résistant que l’acier fabriqué avec des méthodes traditionnelles et qu'il présente un excellent compromis A % / Rp0.2. Les propriétés mécaniques exceptionnelles résulteraient d'un triple effet : tout d'abord du à la microstructure hétérogène (liée aux conditions de solidification particulières), puis aux faibles angles (2° à 10°) des joints de grains obtenues et enfin (à plus petite échelle) aux dislocations présents dans le matériau.

L'article original (publié dans Nature) est consultable en ligne

Différents métarieux étudiés au LLNL
Le LLNL est connu pour ses recherches et avancées dans le domaine de l’impression 3D. Ses chercheurs ont en effet mis au point une technique pour imprimer en 3D du verre transparent ; ils avaient également découvert une méthode pour fabriquer de la fibre de carbone plus légère mais tout aussi solide que l’acier. Le laboratoire américain poursuit ses recherches dédiées aux matériaux de la fabrication additive et s’est intéressé cette fois-ci à l’inox.

Une microstructure optimisée
Ces scientifiques pensent que leur acier 316L imprimé en 3D pourrait offrir des niveaux de solidité et de ductilité supérieurs aux autres formes d’inox, le rendant particulièrement intéressant pour fabriquer de l’équipement chimique, des implants médicaux, des pièces de moteurs et d’autres pièces qui nécessitent des propriétés physiques renforcées.  Une avancée susceptible d’intéresser les secteurs de l’aérospatial, de l’automobile et du pétrole et du gaz. Ce sont en effet des domaines qui doivent fabriquer des pièces métalliques suffisamment résistantes à des conditions climatiques extrêmes et des situations de conflits armés.

Une des principales difficultés rencontrées par l’équipe de chercheurs réside dans la porosité du métal imprimé en 3D, causée par le processus de fusion laser. Des pièces poreuses sont susceptibles de se dégrader et de se casser, ce qui les rend potentiellement dangereuses pour des applications critiques. Afin de résoudre ce problème, les chercheurs du LLNL ont utilisé un processus d’optimisation de la densité, modélisant la microstructure de l’acier.

Un compromis solidité-ductilité renouvelé avec la fabrication additive
“La microstructure que nous avons développée supprime le compromis entre la solidité et la ductilité, explique Morris Wang, un des chercheurs du laboratoire. Concernant l’acier, si vous souhaitez le renforcer, vous devez perdre en ductilité, il n’est pas possible d’avoir les deux. Mais avec la fabrication additive, il n’est plus question de faire ce choix.” Les chercheurs ont testé plusieurs poudres de métal sur deux imprimantes laser différentes ; ils se sont rendus compte que dans certaines conditions, l’acier fabriqué est trois fois plus solide. “Lorsque vous imprimez en 3D du 316L, cela crée une structure en grains intéressante, un peu comme un vitrail, affirme Alex Hamz, scientifique au LLNL. Les structures cellulaires dans ces grains semblent contrôler les propriétés.”  C’est en découvrant cette structure que les chercheurs ont pu créer des pièces en acier plus solides.

Des propriétés remarquable liés à un triple effet
Les scientifiques expliquent en conclusion de l'article que les propriétés mécaniques exceptionnelles résultent d'un triple effet : tout d'abord du à la microstructure hétérogène (liée aux structures de solidification particulières), puis aux faibles angles (2° à 10°) des joints de grains obtenues et enfin (à plus petite échelle) aux dislocations présents dans le matériau.

Une découverte qui impactera les entreprises qui fabriquent des pièces métalliques mais aussi sur un plan plus scientifique, cette recherche pourrait servir à mieux comprendre la relation entre la microstructure (et la densité) des pièces imprimées en 3D et leurs propriétés physiques. Enfin, les auteurs de l'article pointent le fait que la fabrication additive s'avère être un moyen très flexible pour produire sur mesure des métaux et alliages aux propriétés mécaniques optimisées.

Source : www.3dnatives.com