La fabrication additive (FA), ou impression 3D, est une technologie en croissance rapide qui a le potentiel de révolutionner de nombreux secteurs. Cependant, les pièces FA peuvent être sensibles à des défauts, tels que des porosités et des fissures, qui peuvent limiter leurs performances et leur fiabilité.
Des chercheurs de l'Université Queen Mary de Londres, en collaboration avec l'Université Jiao Tong de Shanghai, le Centre d'excellence pour les matériaux avancés et l'Université de Leicester, ont développé un modèle informatique pour révéler comment le piégeage des solutés se produit au cours du processus de solidification rapide dans la fabrication additive (FA). .
L'étude, publiée dans Nature Communications , fournit de nouvelles informations sur les mécanismes de transport et de solidification des solutés dans la fabrication additive, ce qui pourrait conduire au développement de nouveaux matériaux et processus pour l'impression 3D.
Le piégeage des solutés est un phénomène qui se produit lorsque les éléments solutés sont concentrés dans certaines régions d'un front de solidification. Cela peut conduire à la formation de microstructures hors équilibre, ce qui peut nuire aux propriétés des pièces FA.
"Le piégeage des solutés, c'est comme ajouter un ingrédient secret à une recette", a déclaré le Dr Chinnapat Panwisawas, auteur correspondant de l'étude et maître de conférences en matériaux et mécanique des solides à l'Université Queen Mary de Londres. "En comprenant comment fonctionne le piégeage des solutés, nous pouvons développer de nouveaux matériaux et processus qui peuvent conduire à des composants imprimés en 3D plus solides, plus fiables et plus complexes."
Les chercheurs ont utilisé leur modèle informatique pour étudier le transport de solutés qui se produit au cours des cycles thermiques rapides et répétés de la fabrication additive. Ils ont découvert que le piégeage du soluté est favorisé par la convection de la matière fondue, qui dilue le soluté séparé au niveau du front de solidification. Les chercheurs ont également élucidé les mécanismes des transitions microstructurales ultérieures vers des cellules ultrafines puis vers des cellules grossières.
Les chercheurs suggèrent que leurs résultats pourraient être utilisés pour réduire la susceptibilité aux fissures dans les pièces AM en accélérant le processus de solidification. Ils pensent également que la voie de solidification détaillée qu'ils ont révélée présente un potentiel prometteur pour les superalliages « difficiles à imprimer » fabriqués de manière additive et facilite la conception de futurs matériaux pour une meilleure imprimabilité 3D.
Plus d'informations : Neng Ren et al, Piégeage de soluté et microstructure hors équilibre lors de la solidification rapide de la fabrication additive, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-43563-x
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par Queen Mary, Université de Londres
