L'équipe utilise l'impression 3D pour renforcer un matériau clé dans l'aérospatiale et l'énergie

22 mai 2023

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par Elizabeth A. Thomson, Massachusetts Institute of Technology

Les matériaux essentiels à de nombreuses applications importantes dans l’aérospatiale et la production d’énergie doivent être capables de résister sans faillir à des conditions extrêmes telles que des températures élevées et des contraintes de traction. Aujourd'hui, une équipe d'ingénieurs dirigée par le MIT présente un moyen simple et peu coûteux de renforcer l'un des matériaux clés utilisés aujourd'hui dans de telles applications.

En outre, l’équipe estime que leur approche générale, qui implique l’impression 3D d’une poudre métallique renforcée par des nanofils de céramique, pourrait être utilisée pour améliorer de nombreux autres matériaux. "Il existe toujours un besoin important de développement de matériaux plus performants pour les environnements extrêmes. Nous pensons que cette méthode a un grand potentiel pour d'autres matériaux à l'avenir", déclare Ju Li, professeur de génie nucléaire à Battelle Energy Alliance et professeur en génie nucléaire. Département de science et d'ingénierie des matériaux (DMSE) du MIT.

Li, qui est également affilié au Materials Research Laboratory (MRL), est l'un des trois auteurs correspondants d'un article sur les travaux paru dans le numéro du 5 avril de Additive Manufacturing. Les autres auteurs correspondants sont le professeur Wen Chen de l'Université du Massachusetts à Amherst et le professeur A. John Hart du département de génie mécanique du MIT.

L'approche de l'équipe commence avec l'Inconel 718, un « superalliage » populaire, ou métal capable de résister à des conditions extrêmes telles que des températures de 700°C (environ 1 300°F). Ils broient des poudres commerciales d'Inconel 718 avec une petite quantité de nanofils de céramique, ce qui entraîne « une décoration homogène de nano-céramiques sur les surfaces des particules d'Inconel », écrit l'équipe.

La poudre obtenue est ensuite utilisée pour créer des pièces par fusion laser sur lit de poudre, une forme d’impression 3D. Ce processus consiste à imprimer de fines couches de poudre qui sont chacune exposées à un laser qui se déplace sur la poudre, la faisant fondre selon un motif spécifique. Ensuite, une autre couche de poudre est étalée sur le dessus et le processus se répète avec le déplacement du laser pour faire fondre le motif de la nouvelle couche et le lier à la couche inférieure. Le processus global peut produire des pièces 3D complexes.

Les chercheurs ont découvert que les pièces fabriquées de cette manière avec leur nouvelle poudre présentaient nettement moins de porosité et moins de fissures que les pièces fabriquées en Inconel 718 seul. Et cela conduit à son tour à des pièces beaucoup plus solides qui présentent également de nombreux autres avantages. Par exemple, ils sont plus ductiles (ou étirables) et ont une bien meilleure résistance aux rayonnements et aux charges à haute température.

De plus, le processus lui-même n'est pas cher car « il fonctionne avec les machines d'impression 3D existantes. Utilisez simplement notre poudre et vous obtiendrez de bien meilleures performances », explique Li.