Bien que cela puisse paraître simple, la quantité de recherche nécessaire à la fabrication additive pour garantir la qualité d’une fabrication est énorme. Alors que les normes techniques sont rédigées et évolues en permanence, la fabrication additive est extrêmement flexible et dépend de la conception, avec un grand nombre de paramètres machine entrant en jeu. Parmi les nombreux paramètres qui influencent les propriétés finales, citons :
- Chimie des poudres
- Forme et taille des poudres
- Technologie utilisée et modèle de machine
- Caractéristiques du faisceau laser – forme et puissance dans les processus basés sur le laser
- Caractéristiques du faisceau d’électrons dans les processus basés sur les électrons
- Orientation de la construction
Il est important de comprendre l’influence de tous ces paramètres sur la microstructure d’un matériau afin d’exploiter au mieux les technologies de la fabrication additive. Les microstructures des matériaux fabriqués de manière additive peuvent être très différentes de celles des matériaux fabriqués de manière conventionnelle. Cela se traduit souvent par une amélioration des propriétés mécaniques. Cette page présente une étude de cas sur l’examen de la microstructure d’un matériau fabriqué de manière additive.
Comme la microstructure détermine directement les propriétés mécaniques de la pièce finale, il est important de caractériser l’influence de tous les paramètres de la machine sur la microstructure, et de connaitre les caractéristiques de la poudre. Par exemple, le sens de fabrication peut modifier les propriétés d’une pièce car les grains peuvent être en colonne le long d’un axe ou il peut y avoir ségrégation de précipités tels que les carbures (dans les aciers inoxydables) le long des pistes de fusion/frittage. Par conséquent, dans de nombreux cas, les métallurgistes examinent la microstructure dans les directions longitudinale et transversale par rapport à la direction de fabrication.
Microstructure dans le sens de l’impression montrant le motif ondulé caractéristique des couches de poudre stratifiées liées entre elles lors de l’attaque chimique avec le réactif de Kalling’s. On peut remarquer que les grains austénitiques sont allongés dans le sens de l’impression.
La microstructure perpendiculaire à la direction d’impression montre plus de grains austénitiques équi-axiaux contrairement à la direction d’impression. En raison d’une telle différence dans la morphologie des grains dans différentes directions, on peut s’attendre à des propriétés mécaniques différentes dans les deux directions.
Traces de fusion de la poudre (Traces de fusion) provenant du frittage laser, observées après l’attaque chimique.
Comme les autres méthodes de fabrication conventionnelles, la fabrication additive est susceptible de présenter des défauts. Si l’on tient compte des avantages de la complexité de la conception, des études adéquates sont nécessaires pour prévoir statistiquement un défaut pour une conception particulière issue d’un processus particulier. De nombreuses normes disponibles ont été élaborées pour caractériser les pièces fabriquées de manière additive. Cependant, il n’existe pas de normes adéquates à l’heure actuelle pour classer quantitativement les porosités. Les industries rédigent leurs propres normes pour qualifier les pièces car les porosités peuvent être très dépendantes de la conception. La conception de la pièce peut entraîner soit une surfusion ou soit un manque de fusion des poudres qui peuvent toutes deux créer des porosités.
Selon la conception et les paramètres du processus, on peut s’attendre à différents types de porosités : porosité gazeuse, porosité en trou de serrure et manque de fusion. Les porosités peuvent également apparaître dans des zones localisées : surface, sous-contour ou dans la masse. Les industries optent souvent pour le procédé HIP (Hot Isostatic Pressing) pour éliminer les porosités dans une certaine mesure.
Microstructure le long des parois d’un élément creux sur une pièce en titane Ti-6Al-4V fabriquée de manière additive, montrant une mauvaise fusion des poudres.
Les défauts présentés ci-dessus peuvent être éliminés par des traitements de surface post-processus. Les défauts dans la masse de la pièce fabriquée sont plus dangereux. L’illustration ci-dessous présente un défaut classique résultant d’une mauvaise fusion entre les couches de poudre. Cela peut être dû au piégeage de gaz ou d’inclusions d’oxyde pendant l’impression.
Défaut micro-structurel (flèche rouge) résultant d’une mauvaise fusion des couches dans un acier fabriqué de manière additive en alliage 316L.
Tronçonnage
Lors de la préparation d’un échantillon métallographique d’une pièce fabriquée de manière additive, les régions d’intérêt doivent être choisies correctement. Une fois que la région est choisie, les consommables de coupe, la machine et les systèmes de maintien peuvent être choisis correctement. Souvent, plusieurs coupes sont nécessaires pour séparer la zone d’intérêt (zone à étudier).
Pièce fabriquée par imprimante 3D (acier 316L) découpée à l’aide du disque de tronçonnage de Précision rouge LAM PLAN dans la zone d’intérêt – trou perpendiculaire à l’axe de l’engrenage.
Disque de tronçonnage
Pour une découpe rapide, les disques de tronçonnage Excellence LAM PLAN peuvent être utilisés. Pour des coupes de précision, les disques de tronçonnage de Précision LAM PLAN sont recommandés. Pour plus de conseils sur les consommables et les paramètres de coupe, consultez nos articles sur la métallographie des matériaux à tronçonner.
Fixation
En fonction de la forme et de la taille de la pièce, il convient de choisir un étau ou un système de fixation adéquat. Les formes complexes des pièces issues de la fabrication additive peuvent ajouter des complications à ce processus. Les systèmes de fixation de LAM PLAN évitent les vibrations excessives et le détachement dangereux des pièces des systèmes de fixation lors de la découpe avec les machines Cutlam.
Polissage
Pour le prépolissage et le polissage, les méthodes de polissage recommandées pour les matériaux fabriqués de manière conventionnelle peuvent être utilisées. Vous trouverez ci-dessous des méthodes de polissage généralisées qui ont fonctionnées efficacement sur des alliages d’aluminium, de titane et d’acier fabriqués de manière additive.
Alliages d’aluminium
Alliages de titane
Aciers
H – Horaire / AH – Anti-Horaire / SENS DE TÊTE : Toujours H (les paramètres sont optimisés pour polir 6 échantillons de diamètre 30 mm).
ConsulterPour des conseils sur les étapes de polissage, reportez-vous à nos articles sur la métallographie de matériaux spécifiques :
+33 (0)4 50 43 96 30