Utilisé pour produire des objets tridimensionnels de presque tout type, dans toute une gamme d'industries, y compris les soins de santé, aéronautique et ingénierie, Les matériaux imprimés en 3D ont atteint leur maturité au cours de la dernière décennie. Recherche publiée dans la revue Matériaux aujourd'hui démontre une nouvelle approche de l'impression 3D pour fusionner des filaments métalliques fabriqués à partir de verre métallique en objets métalliques.

Jan Schroers, Professeur de génie mécanique et de science des matériaux à l'Université de Yale et Desktop Metal, Inc., à Burlington, Massachusetts, ETATS-UNIS, avec des collègues soulignent que l'impression 3D de thermoplastiques est très avancée, mais l'impression 3D de métaux est encore difficile et limitée. La raison en est que les métaux n'existent généralement pas dans un état où ils peuvent être facilement extrudés.

"Nous avons montré théoriquement dans ce travail que nous pouvons utiliser une gamme d'autres verres métalliques en vrac et nous travaillons à rendre le processus plus pratique et commercialement utilisable pour rendre l'impression 3D de métaux aussi facile et pratique que la 3D impression de thermoplastiques, " a déclaré le professeur Schroers.

Contrairement aux métaux conventionnels, les verres métalliques en vrac (BMG) ont une région liquide surfondue dans leur profil thermodynamique et sont capables de subir un ramollissement continu lors du chauffage - un phénomène qui est présent dans les thermoplastiques, mais pas les métaux conventionnels. Le professeur Schroers et ses collègues ont ainsi montré que les BMG peuvent être utilisés en impression 3D pour générer des solides, composants métalliques à haute résistance dans des conditions ambiantes du type de celles utilisées dans l'impression 3D thermoplastique.

Le nouveau travail pourrait contourner les compromis évidents dans le choix des composants thermoplastiques par rapport aux composants métalliques, ou vice versa, pour une gamme de matériaux et d'applications d'ingénierie. La fabrication additive de composants métalliques a déjà été développée, où un procédé de fusion sur lit de poudre est utilisé, cependant celui-ci exploite une source de chaleur très localisée, puis solidification d'un métal en poudre façonné dans la structure souhaitée. Cette approche est coûteuse et compliquée et nécessite des structures de support lourdes qui ne sont pas déformées par les températures élevées du processus de fabrication.

L'approche adoptée par le professeur Schroers et ses collègues simplifie la fabrication additive de composants métalliques en exploitant le comportement de ramollissement unique parmi les métaux des BMG. Associé à ce plastique, les caractéristiques sont une résistance élevée et des limites élastiques, haute ténacité à la rupture, et haute résistance à la corrosion. L'équipe s'est concentrée sur un BMG en zirconium, titane, le cuivre, nickel et béryllium, avec formule d'alliage :Zr44Ti11Cu10Ni10Be25. Il s'agit d'un matériau BMG bien caractérisé et facilement disponible.

L'équipe a utilisé des tiges amorphes de 1 millimètre (mm) de diamètre et de 700 mm de longueur. Une température d'extrusion de 460 degrés Celsius est utilisée et une force d'extrusion de 10 à 1, 000 Newtons pour forcer les fibres ramollies à travers une buse de 0,5 mm de diamètre. Les fibres sont ensuite extrudées dans un maillage en acier inoxydable à 400°C dans lequel la cristallisation ne se produit pas avant au moins un jour, avant qu'une extrusion contrôlée par robot puisse être effectuée pour créer l'objet souhaité.

Lorsqu'on lui a demandé quels défis restaient pour faire de l'impression 3D BMG une technique répandue, Le professeur Schroers a ajouté, "Afin d'utiliser largement l'impression 3D BMG, Une matière première BMG pratique disponible pour une large gamme de BMG doit être mise à disposition. Pour utiliser commercialement la fabrication de filaments fondus, la liaison couche à couche doit être plus fiable et cohérente."