Aeroprobe développe la technologie MELD

Fabrication additive métallique sans fusion

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Absence d'apport thermique

Au-dessus, sa tête spéciale combine les déplacements en plan, la rotation de la barre et son avance verticale. Les efforts combinés d'avance et de rotation réduisent le métal à l'état pâteux au fur et à mesure du déplacement de la tête de déposition. La superposition des couches constitue des parois formées de multiples strates. Ce procédé sans fusion et sans confinement se montre aussi plus rapide que les techniques actuelles de fabrication par addition métallique puisque son taux de déposition atteint 13 kg par heure avec l'aluminium.

En outre, il offre un large éventail de matériaux parmi lesquels le cuivre, le carbure de silicium, le nickel, l'acier, le magnésium et des superalliages. Les matériaux testés aux États-Unis regroupent notamment les composites à matrice métallique (MMC), les Aluminiums (Al-SiC, Al-Fe, Al-W, Al-Mo ainsi que les séries1xxx, 2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx), les Cuivres (Cu-Tungstène, Cu-Tantale), les Aciers (HY 80, Inox 316 L), les Magnésium (AZ31, WE43, E675, AMX602, E21) et le Titane (Ti64). Le MELD crée des pièces densifiées, sans porosité qui, de l'avis de MELD Manufacturing Corporation, ne nécessitent pas de post-traitement avec une granulométrie finale plus petite que celle du matériau d'origine. Cette finesse granulométrique offre une meilleure tenue mécanique, plus de résistance à la corrosion et une meilleure endurance à l'usure.

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Par exemple, pour le superalliage à base nickel, Inconel 625, observé sous microscope, la taille moyenne des grains est de 12 microns. Après dépose MELD, la taille moyenne des grains est ramenée à cinq microns. Des tests mécaniques effectués à l'Université d'Alabama montrent que cet Inconel est plus résistant après additif MELD avec une structure de grain équiaxe (grains orientés de manière similaire dans tous les axes) pour des pièces ayant des résistances similaires dans toutes les directions. Par rapport aux pièces moulées, cette microstructure granulaire augmente nettement la tenue des pièces en fatigue.

Le principe du MELD se présente comme une excellente méthode pour la fabrication d'ébauches en aluminium , avec un minimum de pertes comparé à l'actuel taillage dans la masse puisqu'elle éradique pratiquement tout gaspillage de matière première. « Comparée aux autres systèmes travaillant par fusion (lasers, faisceaux d'électrons…) susceptibles de provoquer des défauts de porosité ou d'anisotropie, la technologie MELD produit des pièces solides et de qualité. Sans chambre, sans lit de poudre, l'absence d'apport thermique présente un autre avantage, celui d'un système ouvert sans atmosphère contrôlée et, par conséquent, moins contraignant en terme de sécurité et de santé pour les opérateurs (incendie, inhalation des poudres…). Mieux, le MELD permet d'imprimer de plus grandes pièces que les systèmes actuels qui se révèlent aussi plus coûteux. Cependant, la limite du procédé par rapport à d'autres techniques est sa faible précision et sa capacité à créer des formes complexes et en surplomb », témoigne Dominique Ghiglione de la Direction de la Recherche et des Programmes au CETIM Senlis.

Informations additionnelles
MELD en chiffres
Données requises pour réaliser de l'additif avec de l'aluminium
  • Vitesse de rotation appliquée à la barre d’alimentation entre 150 et 200 tours par minute
  • Couple appliqué à la barre d’alimentation métallique de 300 à 500 Nm
  • Avance verticale appliquée à la barre de métal d’apport de 50 à 150 mm/min
  • Vitesses d’avances utilisées pour ce procédé additif de 200 à 400 mm/min

Weitere Informationen:
meldmanufacturing.com

Recristallisation avec des grains fins

D'ailleurs, l'antenne du Centre Val de Loire du CETIM installée à Bourges (France) qui travaille sur l'additif métallique depuis une quinzaine d'année envisage d'acquérir la première machine MELD qui sera installée en Europe pour tester les avantages et limites du procédé.

« Ce qui séduit avec le MELD, c'est sa proximité avec le « Friction Stir Welding » et sa faculté à réaliser des ébauches sans avoir à faire fondre le métal, donc sans fusion, limitant les problématiques liées à la métallurgie car, en thermomécanique, les amplitudes des contraintes résiduelles du MELD sont bien inférieures à celles de toute fusion puis solidification du métal. En revanche, il faut absolument que les couches produites passage après passage soient homogènes entre elles avec une cohérence métallurgique. Autrement dit, il faut certifier que nous ne fabriquons pas un « mille feuilles », qu'il n'y a aucun risque de délaminage entre les strates. Nous devons aussi assurer qu'il n'y a pas de conséquences liées au travail à l'air ambiant, pour ne pas risquer de créer des interfaces qui isoleraient chacune des couches en faisant courir le risque de défauts ou hétérogénéités internes. Notre objectif est donc de tester la « santé matière » du nouveau procédé. Mais avant d'acquérir une machine, nous discutons avec les américains pour la faire évoluer sachant que l'on n'est pas encore au stade d'un procédé industrialisé. En effet, ce quasi prototype montre des problèmes d'alimentation matière que nous souhaitons faire évoluer pour réaliser des ébauches de moyennes dimensions. Ensuite, pour des éléments plus importants, nous entrevoyons une tête robotisée capable de se déplacer avec de plus grandes amplitudes. Comme le FSW, le MELD est très orienté aluminium. Pour les autres matériaux, nous avons partagés quelques essais qui montrent qu'on se heurte aux capacités de la machine à rendre le métal pâteux avec des métaux dont le point de fusion est plus élevé que celui de l'aluminium. En première approche, le système se montre capable de créer des parois avec des aciers ce qui est totalement nouveau par rapport au FSW. Bien que l'on soit éloigné des matières qui représentent le gros des fabrications mécaniques, nous explorons le MELD de très près car en fabrication additive, il concerne les ébauches en alliages de titane et de nickel, très utilisés dans le monde aéronautique. Avec ces matériaux, on obtient des microstructures plus fines, y compris pour l'inconel, car le passage à l'état pâteux plus la pression de contact créent des phénomènes de recristallisation faisant apparaître des grains plus fins, donc une métallurgie séduisante. Pourtant, comme toute pièce est réalisée sur un plateau, lorsque l'on sépare l'ébauche du support, il y a des risques de déformations à cause des contraintes résiduelles qui sont cependant nettement moindres que celles du WAAM (cordon de soudure) voire même du SLM (laser sur lit de poudre). Ceci étant, il y en a tout de même et pour des composants exigeant des qualités dimensionnelles de haut niveau, il faudra vraisemblablement envisager une étape de détensionnement qui va encore améliorer l'état métallurgique, donc la dureté et la résistance aux sollicitations de service. Ce traitement thermique de détensionnement sera, évidemment, adapté en fonction du matériau, base nickel, base titane ou base fer… », conclut Dominique Ghiglione. MSM

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