Fabrication additive de métaux et nécessité de disposer de données fiables sur les propriétés thermophysiques

Ces dernières années, la fabrication additive (AM), également connue sous le nom d'impression 3D, est apparue comme une technologie prometteuse pour la fabrication rentable de composants de forme quasi-nette dans les secteurs de l'automobile, de l'électronique, du biomédical, de la construction, de l'aérospatiale et de l'alimentation. Dans les articles précédents, nous nous sommes concentrés sur la détermination de la fenêtre du processus et sur l'étude du comportement de cristallisation isotherme des poudres de polyamide (PA) 12 en utilisant le FrittageLe frittage est un procédé de production permettant de former un corps mécaniquement résistant à partir d'une poudre céramique ou métallique. frittage sélectif par laser.

Quels sont les matériaux adaptés à la technique SLM ?

Le processus SLM a été utilisé pour la fabrication additive d'alliages comprenant l'acier inoxydable, l'acier à outils, le titane, l'aluminium, le cobalt-chrome, le tungstène et les superalliages à base de nickel. Certains alliages ont une applicabilité limitée à la SLM en raison de leur forte réflectivité, de leur réactivité à l'oxygène, de leur absorptivité, de leur mouillage et de leurs propriétés thermiques.

Les céramiques, notamment l'alumine, la zircone et le carbure de silicium, ont été fabriquées de manière additive à l'aide du processus SLM. Toutefois, le SLM des céramiques pose généralement plus de problèmes en raison de leur nature fragile et de leur conductivité thermique relativement faible.

Optimisation des paramètres d'entrée de l'AM pour améliorer la qualité des produits

Malgré les progrès récents du processus SLM, des problèmes tels que la surchauffe ou la sous-chauffe, ainsi que le gauchissement, peuvent encore nuire à la qualité du produit final. Des efforts sont déployés pour mieux comprendre les distributions de température et les charges thermiques pendant le procédé SLM afin d'optimiser les paramètres du procédé et, en fin de compte, la qualité de la pièce finale. Les simulations thermomécaniques telles que l'analyse par éléments finis (FEA) ont fourni un moyen de prototypage virtuel et sont devenues de plus en plus importantes à mesure que les fabricants optimisent les paramètres du processus SLM et les géométries de la structure de support pour différents matériaux.

Influence de la conductivité thermique sur les paramètres du processus SLM

Une simulation thermomécanique SLM représentative nécessite des données de conductivité thermique précises et dépendantes de la température du lit de poudre et de la pièce solidifiée. Le LFA 467 HT HyperFlash de NETZSCH est bien adapté à la mesure de la conductivité thermique des poudres d'alimentation SLM ainsi que des pièces finies imprimées SLM jusqu'à 1250°C. La correction de la densité en fonction de la température (ρ) peut être mesurée de manière routinière à l'aide d'un dilatomètreNETZSCH DIL 402 Expedis Classic et la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique (_{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}) dans la gamme des hautes températures est mesurée à l'aide d'un DSC NETZSCH (par exemple, 404 F1 Pegasus^®). Toutes les mesures doivent être effectuées dans la même plage de température.

Exemple d'application : Conductivité thermique d'une poudre d'acier inoxydable austénitique

Dans l'exemple d'application ci-dessous, la méthode flash (LFA) a été utilisée pour mesurer la diffusivité thermique d'une poudre d'acier inoxydable austénitique de la température ambiante à 1000°C.

Comme le montre la figure 3, la diffusivité thermique et la conductivité thermique suivent la même tendance. En raison des différentes étapes de FrittageLe frittage est un procédé de production permettant de former un corps mécaniquement résistant à partir d'une poudre céramique ou métallique. frittage, elles augmentent toutes deux de manière significative. Bien entendu, l'augmentation de la conductivité thermique est influencée par le changement de la diffusivité thermique et l'augmentation de la densité du lit de poudre au-dessus de 500°C. L'augmentation de la conductivité thermique due à la densification du lit de poudre doit être prise en compte lors de la sélection des paramètres d'entrée du SLM afin de garantir une qualité optimale du produit. C'est d'ailleurs l'une des raisons pour lesquelles la recherche s'est concentrée sur l'adaptation des paramètres couche par couche ou même dans des régions spécifiques au cours de la fabrication.

Références

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2. Chua, C. K., Wong, C. H. et Yeong, W. Y. (2017). Normes, contrôle de la qualité et sciences de la mesure dans l'impression 3D et la fabrication additive.
3. Luo, C., Qiu, J., Yan, Y., Tang, X., Yang, J. et Uher, C. (2018). Analyse par éléments finis des champs de température et de ContrainteLa Contrainte est définie par un niveau de force appliquée sur un échantillon d’une section bien définie. (Contrainte = force/surface). Les échantillons qui possèdent une section rectangulaire ou circulaire peuvent être comprimés ou étirés. Les matériaux élastiques comme les élastomères peuvent être étirés jusqu’à 5 à 10 fois leur longueur initiale.contrainte pendant le processus de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion sélective par laser du SnTe thermoélectrique. Journal of Materials Processing Technology, 261, 74-85.