Par rapport aux méthodes générales de fabrication additive (AM), la fabrication additive multi-matériaux (MMAM) permet un niveau plus élevé de liberté de conception, comme l'intégration de matériaux, de structure et de fonction pour obtenir des fonctionnalités personnalisables (par exemple, résistance à l'usure locale, conductivité thermique élevée, isolation et résistance à la corrosion chimique, etc.). Cependant, le MMAM des matériaux métalliques est une activité de recherche récente encore à son stade embryonnaire. Notamment, il n'y a pas eu jusqu'à présent d'examen complet sur le MMAM métallique couvrant à la fois la fabrication à l'échelle macroscopique et la fabrication à l'échelle microscopique.

Une étude dans le International Journal of Extreme Manufacturing résumé les progrès récents des technologies de fabrication additive multi-matériaux à base de laser (MMAM), y compris la fusion sur lit de poudre laser (LPBF), le dépôt d'énergie dirigée par laser (L-DED) et le transfert direct induit par laser (LIFT), pour la macro -et fabrication à micro-échelle de plusieurs matériaux métalliques.

L'utilisation de la méthode LPBF et de la méthode L-DED pour produire de grandes pièces multi-matériaux est devenue une réalité grâce à diverses nouvelles inventions des mécanismes de dépôt de matériaux en poudre dissemblables. Les applications potentielles de ces technologies consistent à fabriquer des composants fonctionnellement intégrés largement utilisés dans les industries aérospatiale, marine, nucléaire et médicale.

En ce qui concerne la micro-AM de plusieurs objets métalliques, le LIFT solide et le LIFT fluide sont les technologies principalement utilisées actuellement, car leur mécanisme de transfert de matériau, projetant des gouttelettes métalliques d'une plaque donneuse au substrat de construction, est très approprié pour imprimer ensemble des matériaux dissemblables. Il n'y a pas de contact entre le donneur et l'objet imprimé pendant le dépôt du matériau, ce qui évite le problème de contamination croisée des matières premières dissemblables. Les applications potentielles des technologies de FA métallique à micro-échelle incluent :les structures métalliques 3D à micro-échelle, les composants de stockage d'énergie, les composants électroniques, les biomolécules, les capteurs et cellules biochimiques, et même le transfert direct de dispositifs fonctionnels à la surface d'autres pièces.

Les technologies MMAM basées sur le laser en sont encore à leurs débuts, c'est pourquoi de nombreux défis scientifiques et techniques attendent des solutions. L'équipe de recherche dirigée par le professeur Lin LI, de l'Université de Manchester, a fait état de l'état de l'art dans ce domaine et a souligné à la fois les défis urgents et les futurs sujets de recherche pertinents et de grande valeur.

L'équipement des technologies MMAM peut être considérablement différent des processus AM standard à matériau unique en raison du défi de distribution de matériaux différents (c'est-à-dire comment déposer le bon matériau dans la région souhaitée dans l'espace spatial). Ce travail résume la méthode de livraison des matériaux, l'assemblage de matériaux différents, les paramètres de traitement et les performances des composants MMAM imprimés. Les méthodes de livraison de matériel pour chaque méthode MMAM sont présentées et leurs mérites sont comparés. Trois méthodes typiques d'assemblage de matériaux dissemblables sont présentées. La composition matérielle des matériaux à gradient fonctionnel (FGM) imprimés par MMAM est en constante évolution. Par conséquent, les paramètres laser optimisés pour chaque composition de matériau sont essentiels pour obtenir une bonne qualité d'impression.

L'influence induite par les paramètres laser sur la microstructure imprimée MMAM peut également être significativement différente de la technologie AM conventionnelle, comme pour la transition de phase, la formation de composés intermétalliques et les propriétés mécaniques finales. Les logiciels de conception 3D commerciaux actuels, les logiciels de prédiction de transition de phase et les logiciels de simulation et de modélisation sont généralement conçus pour le traitement d'un seul matériau et ne disposent pas des bases de données thermodynamiques requises pour le traitement multi-matériaux.

Tous les problèmes ci-dessus sont les lacunes de connaissances qui doivent être comblées pour faire passer les technologies MMAM de l'étude en laboratoire à l'application industrielle réelle. Le professeur Chao Wei a expliqué que "nous devons choisir la technologie appropriée en fonction de l'exigence du composant final. Avant cela, la compréhension des méthodes existantes est très importante pour que l'utilisateur choisisse la méthode de fabrication."

En tant que domaine émergent, le MMAM présente des avantages significatifs en conférant différentes propriétés au sein d'un composant via la combinaison de différents matériaux, ce qui constitue un nouveau degré de liberté pour les composants AM. Parmi les domaines potentiels, le professeur Wei a déclaré que "le MMAM à base de laser a un grand potentiel dans les structures 3D fonctionnelles métalliques, les composants de stockage d'énergie et les tissus et organes d'impression dans les domaines biomédicaux."

L'un des principaux chercheurs, le professeur Lin Li, a déclaré que "les technologies MMAM à base de laser présentent des avantages évidents en simplifiant le processus de fabrication, en augmentant la liberté de conception et en réduisant le temps et les coûts de fabrication de prototypes, par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles. Notre travail ne s'ouvre que la porte de ce nouveau paradis de la recherche. Nous espérons que davantage de chercheurs pourront entrer dans ce domaine et promouvoir conjointement le développement des technologies MMAM."

La future recherche MMAM est évidemment multidisciplinaire, impliquant l'ingénierie mécanique, l'ingénierie de fabrication, la science des matériaux, l'électronique, la photonique, la biologie et d'autres disciplines. L'intégration de systèmes de fabrication hybrides complexes, l'établissement de nouvelles lois pour la conception et la fabrication de MMAM, l'optimisation complète des paramètres de traitement, la surveillance et le contrôle de la qualité basés sur l'intelligence artificielle et l'évaluation de la fiabilité à long terme des pièces imprimées doivent être étudiées plus avant. Cependant, nous pensons que sous la direction de la demande d'application industrielle réelle et grâce à la recherche collaborative de la communauté universitaire, ces problèmes finiront par être résolus. + Explorer plus loin

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