Des études sur les contraintes résiduelles qui se forment au cours d'un processus de fabrication additive (FA) ont révélé que l'orientation de construction de la pièce en cours de production a un impact sur la formation de contraintes défavorables.

Le développement d'un outil précis et bénéfique pour évaluer comment la géométrie complexe des pièces influence le développement des contraintes à l'aide de la méthode de fusion sur lit de poudre publiée dans une étude dans Additive Manufacturing contribuera à l'utilisation de la fabrication additive pour la production de pièces métalliques de manière précise et manière prévisible.

Dans le cadre d'une collaboration internationale menée par l'Université de Linköping en Suède, les enquêteurs, qui comprenait le Dr Vladimir Luzin à l'ANSTO, ont conclu qu'une sélection minutieuse de l'orientation d'impression est importante et a un impact significatif sur l'ampleur des contraintes résiduelles et, donc, la distorsion potentielle de la partie AM.

En général, un niveau élevé de contraintes résiduelles de traction peut conduire à une fissure lors de l'impression, alors que dans le même temps, les contraintes peuvent entraîner une déformation de la pièce.

Les deux entraînent la mise au rebut du matériau si la tolérance/la distorsion dimensionnelle est compromise ou si des fissures se produisent. Cependant, en supposant des conditions optimales pour une forme particulière, tous les effets sur les distorsions indésirables peuvent être éliminés.

La variété des formes étant immense, une forme particulière, forme de L, a été choisi pour étudier les effets d'une orientation bâtie.

Trois approches expérimentales ont été utilisées pour caractériser les contraintes résiduelles dans des pièces en L en Inconel 781, un matériau important dans les industries de l'énergie et de l'aérospatiale car il possède de bonnes propriétés mécaniques à haute température.

Des mesures de diffraction des rayons X ont été utilisées pour caractériser les contraintes de surface et les techniques de balayage laser ont mesuré les distorsions globales associées à la séparation des échantillons de la plaque de base.

Cependant, la diffraction des neutrons était nécessaire pour mesurer les contraintes résiduelles à l'intérieur des échantillons en raison de la forte pénétration des neutrons. L'équipe de Linkoping Unverisity a utilisé la diffraction de neutrons non destructive sur le scanner de contrainte de Kowari pour mesurer et caractériser les contraintes résiduelles dans la majeure partie des échantillons de superalliages à base de nickel afin d'étudier les effets de l'orientation de l'accumulation de l'échantillon AM.

La pièce imprimée dans une orientation horizontale a montré le moins de contraintes dans les trois directions, montrant la voie pour l'optimisation de la construction de L-formes génériques.

Cependant, dans toutes les orientations, il y avait une tendance générale à la contrainte de compression au centre de la pièce. Une contrainte résiduelle de traction a été observée près de la surface dans tous les échantillons, qui semble être potentiellement problématique et doit être abordée.

"Il y a un certain effet de l'orientation de l'accumulation dans la formation des contraintes résiduelles et, donc, sur les performances des pièces AM, " dit Prabhat Pant, un doctorat étudiant de l'Université de Linkoping qui a été soutenu par la Fondation suédoise pour la recherche stratégique (SSF).

Sa mission de formation, soutenu par l'agence, devait mener des recherches à l'étranger en vue du démarrage attendu de la source européenne de spallation, la source de neutrons la plus puissante au monde. La supervision locale à l'ANSTO a été assurée par Luzin de l'ACNS.

"Être capable de prédire les zones critiques où ils se produiront afin de les réduire est un avantage de production significatif, " dit Pantalon.

"Bien que ces contraintes résiduelles puissent être modifiées avec des techniques de post-traitement, le rôle des contraintes résiduelles lors du montage est essentiel pour éviter la déformation ou la fissuration à tout moment du processus de fabrication."

La recherche comprenait le développement d'une technique de simulation simplifiée utilisant l'analyse par éléments finis pour prédire les contraintes résiduelles en fonction de la géométrie de la pièce, lequel, lorsqu'il est vérifié avec des résultats expérimentaux neutroniques, était dans un bon accord pratique.

Cependant, les enquêteurs ont noté qu'il y avait une interconnexion complexe des contraintes résiduelles dans l'état tel que construit pour les pièces avec l'orientation de la pièce, et la géométrie de la partie bâtie.

"Nous avons acquis une meilleure compréhension de la façon dont l'orientation de construction, la structure de support et la concentration des contraintes contribuent au développement de contraintes résiduelles lors du processus de fusion du lit laser, " dit Pantalon.