Les alliages d'aluminium (ou "aluminium" comme disent mes collègues plus intelligents) sont un peu un point d'interrogation. Si vous travaillez dans un domaine qui nécessite des pièces solides et légères, il existe des alliages métalliques avec des résistances spécifiques plus élevées, c'est-à-dire un meilleur rapport résistance/densité, comme les titanes. Si vous recherchez une gestion thermique, il existe certainement des alliages avec de meilleurs coefficients de transfert de chaleur, comme les alliages de cuivre. Si vous visez la densité la plus faible ou un potentiel galvanique plus élevé, les alliages de magnésium sont un excellent choix. Malgré tout cela, les alliages d'aluminium sont l'un des alliages les plus courants que l'on rencontre dans la vie quotidienne, et il y a une très bonne raison à cela : les alliages d'aluminium sont l'un des meilleurs en ce qui concerne le compromis entre coût, performance, et la fabricabilité.
Ces mêmes compromis ont été à l'origine d'une grande partie des premiers développements de l'aluminium en ce qui concerne l'impression 3D métal, et en particulier la fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Les alliages d'aluminium sont généralement regroupés en alliages de fonderie ou en alliages forgés, et une grande partie du succès initial de l'aluminium imprimé était due aux alliages de fonderie. Les alliages forgés peuvent être souhaitables pour les applications exigeantes, en particulier dans l'aérospatiale où les alliages comme 2024, 6061 ou 7075 sont très utilisés, mais ces alliages à plus haute résistance souffrent d'une mauvaise soudabilité. Même le 6061, qui est considéré comme un alliage soudable de qualité aérospatiale, n'est pas bien adapté à la fusion laser sur lit de poudre. Étant donné que le LPBF est à son niveau le plus élémentaire un procédé de soudage, comment cela peut-il être le cas ? Il s'avère que la « soudabilité » n'est pas ici le critère principal, mais plutôt la « soudabilité autogène ».
La soudabilité autogène est une bouchée mais n'est en fait qu'une façon de dire qu'un alliage est soudable sans matériau d'apport. Ce n'est pas vraiment un problème dans une application de soudage normale, mais le lit de poudre dans une imprimante LPBF est un matériau unique, ce qui signifie qu'il n'y a pas de bon moyen d'introduire une « charge » dans le processus. Pour cette raison, les alliages qui ne sont pas soudables de manière autogène peuvent présenter un problème qui, dans de nombreux cas, se présente comme une tendance à se fissurer lors de l'impression.
Donc, couler des alliages, c'était ça ! Une partie du succès initial de l'impression de l'aluminium est venue d'AlSi12, un alliage composé à 12 % de silicium. C'est une quantité assez importante de Si pour un alliage d'aluminium, mais le Si sert à augmenter la flowcapacité du bain de fusion, et également de diminuer la quantité de contraction à mesure que le bain de fusion se solidifie. En ce sens, plus il y a de silicium, mieux c'est ! Mais au sens des propriétés mécaniques, la forte teneur en silicium n'est pas une bonne chose.
L'étape suivante était naturelle : réduire la proportion de silicium dans l'alliage de 12 à 10 % et ajouter du magnésium pour augmenter la résistance. Le résultat était AlSi10Mg, affectueusement surnommé par les initiés "alsitenmag".
Même avec le magnésium supplémentaire, cependant, AlSi10Mg n'était pas un point d'arrêt idéal ; les pièces imprimées avec lui ne répondaient toujours pas à de nombreuses exigences mécaniques des applications finales. Cet alliage imprimé a tendance à avoir un faible allongement, ce qui est assez significatif : plus l'allongement est élevé, plus le matériau est résistant. Même avec cette lacune, beaucoup de gens se sont arrêtés ici et se sont contentés de "alsitenmag" comme acceptable, même si ce n'était pas ce qu'ils recherchaient vraiment.
Plus fort, mais aussi plus sûr
Une grande partie des applications qui étaient de bons candidats pour l'impression étaient à l'origine des moulages en A356, l'un des alliages d'aluminium coulé les plus largement utilisés. Il est léger et extrêmement résistant à la corrosion. Pour pousser les propriétés mécaniques un peu plus loin, on peut ajouter plus de magnésium, ce qui conduit à l'A357, un alliage plus résistant qui peut être traité thermiquement pour obtenir de meilleures propriétés, mais qui est un peu plus difficile à couler. Cela pourrait être un candidat idéal pour le LPBF, mais il y a un hic : A357 contient également 0.04 à 0.07 % de béryllium, et le béryllium est l'un des métaux les plus toxiques pour l'homme. Surtout s'il est inhalé, ce qui peut se produire lors de la manipulation de la poudre et du post-traitement. Pas un ajustement idéal pour AM…
Heureusement, le béryllium peut être éliminé de l'alliage, le résultat étant F357 (pensez F pour Free of beryllium).
Le F357 est léger, offre une excellente soudabilité, peut être anodisé, a une résistance élevée à la corrosion et tolère une large plage de températures. C'est un excellent candidat pour les pièces AM avec des structures complexes à parois minces que vous voyez dans un certain nombre d'applications aérospatiales et de sport automobile haut de gamme.
Chez Velo3D, nous avons qualifié l'alliage d'aluminium F357 pour notre Sapphire systèmes AM au cours de la dernière année environ, en étroite collaboration avec des partenaires PWR ainsi que Duncan Machine Products. Alors qu'un certain nombre d'autres fabricants d'équipements AM explorent également ce matériau, j'aimerais expliquer ce que nous faisons pour nous assurer que vos résultats avec celui-ci sont de la meilleure qualité possible.
Comment VELO3D apprivoisé aluminum F357
D'une part, la technologie Velo3D produit une meilleure finition de surface, en particulier à ces angles faibles pour lesquels nous sommes connus. Ceci est important car de nombreuses applications où vous voyez le F357 être utilisé se trouvent dans des environnements à fortes contraintes - et notre finition de surface supérieure présente deux avantages clés : une meilleure résistance à la corrosion et une meilleure durée de vie à la fatigue.
Notre technologie aide également à éviter les défauts de déchirure à chaud, qui peuvent se produire avec le F357 car sa teneur réduite en silicium peut entraîner des fissures lors du refroidissement. Nos ensembles de paramètres et nos commandes laser haute fidélité sont spécifiquement réglés pour résoudre ce problème potentiel.
L'humidité est un autre problème que vous êtes susceptible de rencontrer lorsque vous imprimez avec de l'aluminium. La poudre est souvent « plus collante » et a tendance à s'agglomérer, en particulier avec les anciens systèmes de revêtement « chasse-neige ». La poudre d'aluminium est un excellent déshydratant et l'humidité s'adsorbe immédiatement à la surface des particules. Lorsque votre humidité à l'intérieur de la chambre de construction augmente, la poudre d'aluminium peut être difficile à répandre et peut souvent conduire à des défauts de lit de poudre qui tuent la construction. Notre recoater sans contact évite complètement de tels problèmes et, bien sûr, nos chambres de construction extrêmement étanches maintiennent des niveaux d'oxygène et d'humidité bien inférieurs à la plupart de nos concurrents, avec un contrôle actif des deux à tout moment tout au long d'une construction.
La combinaison du F357 avec les capacités du système d'additifs métalliques Velo3D présente des avantages significatifs par rapport à l'AlSi10Mg et la fabrication additive métallique héritée et peuvent éliminer les compromis d'ingénierie qui, dans le passé, ne pouvaient être évités. Nous aimons résoudre toutes sortes de défis avec notre technologie, alors faites-nous savoir comment nous pouvons vous aider à visualiser, puis à réaliser, vos propres objectifs avec des pièces en aluminium.
