Optimisation des paramètres de processus pour les alliages métalliques

Outils de test avancés pour l'impression 3D développés par Sharebot

1. Introduction
Dans le domaine de la fabrication additive (FA) des métaux, la phase d'optimisation des poudres métalliques et des paramètres de processus est essentielle pour obtenir des composants aux propriétés mécaniques et microstructurales optimales.

Les technologies de fusion sur lit de poudre (PBF-LB/M) – où un faisceau laser fait fondre sélectivement de fines couches de poudre métallique – nécessitent un contrôle précis des paramètres énergétiques régissant la fusion et la solidification ultérieure.

Parmi les paramètres les plus influents figurent la puissance du laser (P), la vitesse de balayage (v) et la position du plan focal (z₀).

La combinaison de ces facteurs détermine la quantité d'énergie délivrée localement au lit de poudre, affectant directement la densité de la pièce, la morphologie du bain de fusion et la porosité résiduelle.

2. Principes fondamentaux du processus
L'efficacité du processus PBF est généralement décrite à l'aide de la densité d'énergie volumétrique (VED), calculée comme suit :

VED = P / (v * h * t)

où :

P = puissance du laser (W)

v = vitesse de balayage (mm/s)

h = distance de hatch (mm)

t = épaisseur de couche (mm)

La VED représente l'apport d'énergie par unité de volume et aide à prédire le degré de fusion du matériau.

Une VED trop faible entraîne des défauts de manque de fusion et une porosité élevée, tandis qu'une VED excessive peut provoquer une instabilité du bain de fusion, une évaporation localisée ou des contraintes résiduelles.

3. Fonction de test paramétrique automatisée de Sharebot
Pour rationaliser la qualification des poudres et l'optimisation des processus, Sharebot a développé une fonction de test paramétrique automatisée intégrée dans son logiciel machine.

Cet outil génère une matrice d'échantillons cubiques, variant systématiquement la puissance du laser et la vitesse de balayage le long de deux axes.

En une seule session d'impression, jusqu'à 25 cubes de test (par exemple, une matrice 5×5) peuvent être produits – chacun avec une combinaison unique de paramètres de processus.

La disposition ordonnée permet une comparaison visuelle et analytique immédiate, simplifiant l'identification de la fenêtre de processus optimale et réduisant considérablement le temps de calibrage.

4. Caractérisation de la densité
Les échantillons imprimés peuvent subir une mesure de densité hydrostatique basée sur le principe d'Archimède, une méthode qui détermine la densité réelle du matériau.

En comparant la densité mesurée avec la densité théorique de l'alliage, les chercheurs peuvent estimer la porosité résiduelle et évaluer la qualité de la fusion.

Des analyses métallographiques supplémentaires (microscopie optique, MEB) et des tests mécaniques (microdureté, résistance à la traction) permettent de corréler les caractéristiques microstructurales avec les conditions de processus appliquées.

5. Impression de poudre à faible volume
Pour soutenir la recherche et le développement sur des alliages avancés ou formulés expérimentalement, Sharebot a conçu un système de distribution de poudre à faible volume.

Cette solution innovante permet la production de cubes de test uniques de 1 cm³ en utilisant seulement quelques grammes de poudre, ce qui la rend idéale pour évaluer de petits lots de poudre à l'échelle du laboratoire.

Cette capacité réduit considérablement les coûts de développement et accélère la validation préliminaire de nouveaux alliages haute performance pour les applications aérospatiales, médicales et de recherche avancée.

Avec notre metalONE, il est possible d'imprimer un seul cube avec quelques grammes de poudre pour commencer les tests !

6. Conclusions
L'approche de Sharebot fournit une méthode efficace et évolutive pour calibrer les paramètres de processus dans l'impression 3D métallique.

En intégrant des tests paramétriques automatisés et l'impression à faible volume de poudre, l'entreprise réduit le temps d'expérimentation, optimise l'utilisation des matériaux et favorise le développement de matériaux innovants.

Ces outils permettent aux chercheurs d'explorer efficacement la relation entre les paramètres de processus, la microstructure et les propriétés mécaniques, ouvrant de nouvelles voies pour la conception d'alliages haute performance et la recherche appliquée en fabrication additive.

Auteur
Département R&D – Sharebot Srl
Spécialistes des technologies de fabrication additive et du développement de matériaux avancés