Les chercheurs de PolyU développent un alliage de Ti via la fabrication additive DED

31 juillet 2023

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Des ingénieurs scientifiques de l'Université polytechnique de Hong Kong (PolyU), en collaboration avec l'Université RMIT et l'Université de Sydney, ont utilisé la fabrication additive pour relever les défis de qualité et de gestion des déchets rencontrés dans la production d'alliages de titane. Leur étude de recherche, intitulée « Alliages titane-oxygène-fer solides et ductiles par fabrication additive », a été récemment publiée dans Nature.

L’équipe de recherche a utilisé la fabrication additive pour créer un nouvel alliage solide, ductile et durable, l’alliage α-β Ti-O-Fe. Ces propriétés sont obtenues en incorporant de l’oxygène et du fer peu coûteux et abondants, qui sont les deux éléments stabilisants et renforçants les plus puissants pour les alliages de titane en phase α – β. Ce nouvel alliage de titane présente un potentiel pour diverses applications telles que l'ingénierie aérospatiale et marine, l'électronique grand public et les dispositifs biomédicaux.

Les auteurs ont déclaré : « En termes de sélection du processus de fabrication additive, nous avons choisi le dépôt d'énergie dirigé par poudre métallique au laser (DED), qui, aidé par des simulations haute fidélité, permet la fabrication de composants à grande échelle de forme proche de la valeur nette avec une consistance constante. microstructure. »

Selon les rapports, le nouvel alliage de titane présente de meilleures performances mécaniques, une résistance plus élevée et une ductilité comparable à celle du matériau de référence Ti-6AI-4V, largement utilisé, formulé en 1954.

Bien que des méthodes de fabrication traditionnelles, telles que le moulage, puissent être utilisées pour produire le nouvel alliage de titane, le matériau obtenu peut avoir de mauvaises propriétés qui le rendent impropre à l'ingénierie pratique. La fabrication additive, quant à elle, surmonterait ces limitations associées aux méthodes de production traditionnelles et améliorerait les propriétés de l’alliage.

Le procédé Kroll, qui est généralement utilisé pour produire des alliages de titane, est gourmand en énergie et génère du titane spongieux de mauvaise qualité. Ces déchets représentent environ 10 % de toute l'éponge de titane et entraînent des déchets importants et une augmentation des coûts de production. Cependant, la fabrication additive offre une solution efficace en permettant le recyclage du titane spongieux hors qualité. Cette technologie convertit les déchets en poudre pour les utiliser comme matière première, réduisant ainsi les déchets et les coûts de production.

Le Dr Zibin Chen a déclaré : « Notre travail peut faciliter le recyclage de plus de 10 % des déchets générés par l'industrie de production d'alliages métalliques. Cela peut réduire considérablement les coûts des matériaux et de l’énergie pour les industries, contribuant ainsi à la durabilité environnementale et à la réduction de l’empreinte carbone.

La recherche intègre la conception d’alliages, des simulations informatiques et une caractérisation expérimentale pour explorer l’espace processus-microstructure-propriétés de fabrication additive pour le nouvel alliage de titane (alliage α – β Ti-O-Fe).

L'étude souligne que la fabrication additive permet la production en une seule étape de pièces métalliques complexes et fonctionnelles, ce qui accélère le développement de produits et réduit les coûts. De plus, cette technologie permet de fabriquer des pièces métalliques avec des structures et des compositions uniques que les méthodes traditionnelles ne peuvent réaliser.

La fabrication additive permet d’ajuster la microstructure des alliages métalliques, améliorant ainsi leur résistance, leur flexibilité et leur résistance à la corrosion et à l’eau. De plus, il permet la création de pièces métalliques légères mais solides avec des motifs complexes. Cette avancée en matière de recherche pourrait présenter de nouvelles opportunités pour des stratégies de conception de matériaux durables et holistiques, facilitées par la fabrication additive.

Le professeur Keith KC Chan a conclu : « Ce travail peut servir de modèle ou de référence pour d'autres alliages métalliques qui utilisent l'impression 3D pour améliorer leurs propriétés et étendre leur applicabilité. L’impression 3D métal est un domaine émergent, et il faudra du temps avant qu’elle soit largement adoptée dans la fabrication de matériaux.

www.polyu.edu.hk

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