fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l’Université Johns Hopkins aux États-Unis ont mis au point un cadre de procédé basé sur des informations thermiques et des simulations pour stabiliser la fabrication additive par extrusion de métal de structures en alliage d’aluminium à paroi mince. Ce cadre résout deux modes de défaillance thermique qui limitaient auparavant la fiabilité de cette technique pour les métaux à point de fusion élevé.
L’étude indique que le réglage de la température de fonctionnement près du point de fusion de la matière première présente des avantages en termes d’efficacité et de coût par rapport aux procédés de fusion sur lit de poudre et de dépôt d’énergie dirigée. Cependant, en raison de la faible viscosité, de la conductivité thermique élevée et de la tension superficielle élevée des alliages réactifs à point de fusion élevé, comme l’aluminium, lors de la fabrication additive par extrusion de métal (MEAM), la fenêtre de procédé devient étroite.
Jochen Mueller, professeur assistant à l’Université Johns Hopkins, a déclaré que l’équipe de recherche a introduit ce cadre de fabrication additive par extrusion de métal, qui permet d’éliminer les problèmes de blocage de la buse et d’effondrement des pièces en contrôlant précisément plusieurs paramètres de procédé, garantissant ainsi une impression stable et haute fidélité de l’aluminium à paroi mince.
Les chercheurs ont identifié la sous-chauffe et la surchauffe comme les deux principaux modes de défaillance thermique des métaux à point de fusion élevé dans la MEAM. La sous-chauffe se produit lorsque, à mesure que la hauteur de construction augmente, la chaleur se dissipe à travers les couches déjà déposées, entraînant une solidification prématurée et un blocage de l’extrémité de la buse. La surchauffe, quant à elle, se produit lorsque la vitesse d’extrusion dépasse la capacité de refroidissement de la couche déposée, provoquant une refusion et un effondrement de la structure.
Pour faire face à ces deux modes de défaillance, l’équipe a ajusté la température du plateau d’impression couche par couche, tout en maintenant la température de la buse et la vitesse d’impression constantes, et a utilisé un critère basé sur le temps pour déterminer le temps de refroidissement minimal nécessaire à chaque couche pour atteindre le solidus avant de poursuivre le dépôt. En utilisant un fil d’alliage d’aluminium ER4043 (contenant environ 5 % de silicium et 95 % d’aluminium en poids), ce cadre a produit des structures à paroi mince présentant une rugosité de surface constante et une géométrie reproductible sur toute la hauteur de construction. Les chercheurs ont évalué les pièces obtenues par caractérisation microstructurale et tests mécaniques, et ont démontré cette méthode sur des structures de différentes échelles et de géométries complexes variées.
