Trois avancées de pointe en FA métallique issues du monde de la recherche
Suivre de près les initiatives et projets de recherche en fabrication additive est essentiel pour évaluer la direction que prennent la technologie et l’industrie, ainsi que pour anticiper les prochaines grandes innovations. Dans cette optique, nous souhaitons mettre en lumière trois projets issus du domaine de la recherche, axés sur les procédés et matériaux de FA métallique. Allons-y :
L’équipe de l’ORNL fait progresser l’alliage DuAlumin-3D pour le LPBF
Récemment, une équipe de scientifiques du Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) a annoncé une percée in dans l’utilisation du DuAlumin-3D pour les composants automobiles. Développé spécialement pour la FA, ce nouvel alliage d’aluminium à double renforcement se caractérise par une résistance extrême au fluage et à la fatigue, même à des températures très élevées (300 à 400 °C).
Lors des derniers essais, l’équipe de l’ORNL a rapporté des performances supérieures à celles des alliages traditionnels. Là où les alliages d’aluminium standards de caractéristiques thermiques similaires se fissurent souvent lors du procédé LPBF, les pièces en DuAlumin-3D n’y sont pas sujettes, grâce notamment à un bref cycle de traitement thermique. Cela pourrait en faire un consommable métallique idéal pour des applications automobiles à haute température, comme les moteurs à haut rendement, ainsi que pour des pièces aérospatiales, comme des échangeurs de chaleur optimisés.
Le DuAlumin-3D a été développé dans le cadre du programme VTO Powertrain Materials Core, en collaboration avec le DOE Advanced Materials and Manufacturing Office. L’objectif est de proposer un alliage d’aluminium à la fois résistant, léger et — surtout — adapté au procédé LPBF.
« Les alliages d’aluminium représentaient un véritable défi pour nous », explique Plotkowski, chercheur principal et responsable du projet. « Les alliages forgés conventionnels, les plus utilisés dans le monde et présentant les propriétés les plus attrayantes, sont très difficiles à traiter en FA. » Avec la meilleure résistance au fluage jamais atteinte pour un alliage d’aluminium à 300 °C, le DuAlumin-3D apporte une solution à ce problème.
Les chercheurs de la SCUT appliquent le machine learning pour prédire les performances du Ti6Al4V
Cet été, des chercheurs de la South China University of Technology (SCUT) ont publié un travail proposant une approche basée sur les données pour prédire les propriétés de pièces imprimées en 3D en alliage de titane Ti6Al4V. L’étude, fondée sur le LPBF à grande échelle, repose sur le stacking ensemble learning (apprentissage par empilement) afin d’anticiper les résultats en fonction de divers paramètres liés à l’imprimante et au matériau.
Le procédé LPBF implique une multitude de réglages qui compliquent l’obtention de la combinaison optimale. Si les approches classiques de machine learning à modèle unique peuvent être appliquées, elles restent limitées face à cette complexité. Les modèles empilés, eux, gèrent mieux ces interactions.
L’équipe de la SCUT a défini une plage de paramètres pour un test en titane sur un système LPBF grand format, puis a utilisé plusieurs algorithmes (ANN, ENet, KRR, GBR, Lasso) pour construire un modèle empilé capable de prédire la résistance à la traction des pièces. Une optimisation bayésienne et une validation croisée ont permis d’affiner le modèle, et plusieurs métriques ont servi à évaluer sa performance.
Les résultats ont montré que la vitesse de balayage avait l’influence la plus importante sur la résistance à la traction, suivie de la puissance laser. Après optimisation, le modèle empilé a offert une précision prédictive et une stabilité supérieures à celles d’un modèle ANN seul, capturant plus fidèlement les relations complexes entre paramètres de procédé et résistance mécanique.
En fin de compte, ces travaux démontrent comment un modèle d’apprentissage ensembliste empilé peut aider à mieux prédire la résistance à la traction de l’alliage de titane lorsqu’il est imprimé.
L’équipe du RMIT met au point un titane 29 % moins coûteux
Toujours sur le titane, une équipe d’ingénieurs de l’Institut royal de technologie de Melbourne (RMIT) a récemment développé un titane imprimé en 3D environ un tiers moins cher que les alliages couramment utilisés en FA métallique. Le matériau a également montré des performances mécaniques supérieures aux alliages de titane standards (Ti-6Al-4V).
L’équipe du RMIT, travaillant au Centre pour la fabrication additive de l’université, a déposé un brevet provisoire pour son approche et recherche désormais des partenaires afin d’accompagner les prochaines étapes de développement et la commercialisation.
« L’impression 3D permet une production plus rapide, moins gourmande en matière et mieux personnalisable, mais nous utilisons encore des alliages hérités comme le Ti-6Al-4V, qui ne permettent pas de tirer pleinement parti de ce potentiel », souligne Ryan Brooke, doctorant et auteur principal de l’étude. « C’est comme si nous avions inventé un avion et que nous l’utilisions encore comme une voiture. De nouveaux alliages de titane permettront vraiment de repousser les limites de ce qu’offre l’impression 3D, et le cadre de conception que nous avons établi dans notre étude est une étape importante en ce sens. »
Selon l’étude, l’alliage de titane spécialisé était 29 % moins coûteux à produire que le titane standard, tout en s’imprimant de manière plus homogène (sans microstructures colonnaires, qui entraînent souvent des propriétés mécaniques inégales). « En développant une formule plus économique qui évite ces microstructures, nous avons résolu deux défis majeurs freinant l’adoption de l’impression 3D », ajoute Brooke.
