Avec cette nouvelle technique passionnante, HRL est à l'avant-garde d'un nouveau chapitre de la fabrication additive de métaux pour la recherche, industrie, et la défense. Crédit :Laboratoires M. Durant HRL
HRL Laboratories a fait une percée dans le domaine de la métallurgie avec l'annonce que les chercheurs de la célèbre installation ont développé une technique pour imprimer avec succès des alliages d'aluminium à haute résistance - y compris les types Al7075 et Al6061 - qui ouvre la porte à la fabrication additive d'alliages pertinents pour l'ingénierie. Ces alliages sont très recherchés pour les pièces d'avions et d'automobiles et font partie des milliers qui ne se prêtaient pas à la fabrication additive – l'impression 3D – une difficulté qui a été résolue par les chercheurs de HRL. Un avantage supplémentaire est que leur méthode peut être appliquée à des familles d'alliages supplémentaires telles que les aciers à haute résistance et les superalliages à base de nickel difficiles à traiter actuellement en fabrication additive.
"Nous utilisons une théorie de la nucléation vieille de 70 ans pour résoudre un problème vieux de 100 ans avec une machine du 21e siècle, " dit Hunter Martin, qui a codirigé l'équipe avec Brennan Yahata. Tous deux sont ingénieurs au Laboratoire des capteurs et matériaux du HRL et doctorants à l'Université de Californie, Santa Barbara étudiant avec le professeur Tresa Pollock, un co-auteur de l'étude. Leur papier d'impression 3D d'alliages d'aluminium à haute résistance a été publié le 21 septembre Numéro 2017 de La nature .
La fabrication additive de métaux commence généralement par des poudres d'alliage qui sont appliquées en couches minces et chauffées avec un laser ou une autre source de chaleur directe pour faire fondre et solidifier les couches. Normalement, si des alliages d'aluminium non soudables à haute résistance tels que Al7075 ou AL6061 sont utilisés, les pièces résultantes subissent de graves fissurations à chaud, une condition qui rend une pièce métallique capable d'être séparée comme un biscuit floconneux.
La technique de fonctionnalisation des nanoparticules de HRL résout ce problème en décorant des poudres d'alliage non soudables à haute résistance avec des nanoparticules spécialement sélectionnées. La poudre fonctionnalisée par nanoparticules est introduite dans une imprimante 3D, qui superpose la poudre et fusionne au laser chaque couche pour construire un objet tridimensionnel. Lors de la fusion et de la solidification, les nanoparticules agissent comme des sites de nucléation pour la microstructure d'alliage souhaitée, empêchant la fissuration à chaud et permettant de conserver la pleine résistance de l'alliage dans la pièce fabriquée.
La poudre fonctionnalisée par nanoparticules est introduite dans une imprimante 3D, qui superpose la poudre et fusionne au laser chaque couche pour construire un objet tridimensionnel. Crédit :B. Ferguson - Laboratoires HRL
Parce que la fusion et la solidification dans la fabrication additive sont analogues au soudage, La fonctionnalisation par nanoparticules de HRL peut également être utilisée pour rendre soudables des alliages non soudables. Cette technique est également évolutive et utilise des matériaux à faible coût. Les poudres d'alliage et les nanoparticules conventionnelles produisent une charge d'alimentation d'imprimante avec des nanoparticules réparties uniformément sur la surface des grains de poudre.
"Notre premier objectif était de trouver comment éliminer complètement la fissuration à chaud. Nous avons cherché à contrôler la microstructure et la solution devrait être quelque chose qui se produit naturellement avec la façon dont ce matériau se solidifie, " dit Martin.
Pour trouver les bonnes nanoparticules, en l'occurrence des nanoparticules à base de zirconium, l'équipe de HRL a fait appel à Citrine Informatics pour les aider à trier la myriade de particules possibles afin de trouver celle ayant les propriétés dont elles avaient besoin.
« L'utilisation de l'informatique était essentielle, " a déclaré Yahata. " La façon dont la métallurgie était pratiquée consistait à cultiver le tableau périodique des éléments d'alliage et à tester principalement par essais et erreurs. Le but de l'utilisation d'un logiciel informatique était de faire une approche sélective de la théorie de la nucléation que nous connaissions pour trouver les matériaux avec les propriétés exactes dont nous avions besoin. Une fois que nous leur avons dit quoi chercher, leur analyse des mégadonnées a réduit le champ des matériaux disponibles de centaines de milliers à quelques privilégiés. Nous sommes passés d'une botte de foin à une poignée d'aiguilles possibles."
Avec cette nouvelle technique passionnante, HRL est à l'avant-garde d'un nouveau chapitre de la fabrication additive de métaux pour la recherche, industrie, et la défense.
