Vue d'ensemble Impression 3D d'alliages d'aluminium
Les alliages d'aluminium pour l'impression 3D présentent plusieurs caractéristiques avantageuses telles qu'un rapport résistance/poids élevé, une excellente conductivité thermique et une résistance à la corrosion qui en font des matériaux appropriés pour les applications d'impression 3D dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, des biens de consommation et d'autres industries.
La fusion sélective par laser (SLM) et le frittage direct par laser (DMLS) sont les principaux procédés d'impression 3D utilisés pour les poudres d'alliage d'aluminium. Les particules de poudres sont fusionnées couche par couche à l'aide d'un laser haute puissance pour construire des géométries de composants complexes et personnalisables.
Types de Impression 3D d'alliages d'aluminium
| Série alliage | Notes communes | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Série 2xxx | 2024, 2219, 2519 | Traitement thermique, haute résistance |
| Série 5xxx | 5005, 5052, 5083 | Résistance modérée, soudable |
| Série 6xxx | 6060, 6066, 6061 | Traitement thermique, usinabilité |
| Série 7xxx | 7050, 7068, 7075 | Très haute résistance, faible résistance à la corrosion |
Composition des Impression 3D d'alliages d'aluminium
Les alliages d'aluminium contiennent plus de 97% d'aluminium en poids, ainsi que des éléments d'alliage tels que le magnésium, le silicium, le manganèse et le cuivre, qui sont ajoutés pour améliorer certaines propriétés :
- Magnésium - Augmente la résistance, la formabilité
- Silicium - Améliore la fluidité pour les applications de moulage
- Manganèse - ajouté pour contrôler la structure du grain
- Cuivre - Augmente la résistance et l'usinabilité
- Zinc - Améliore la résistance grâce au durcissement par précipitation
- Chrome - Contrôle la taille des grains pour une plus grande ténacité
Propriétés mécaniques
Les composants en aluminium imprimés en 3D présentent une résistance mécanique élevée, similaire à celle des alliages coulés ou corroyés. Voici quelques valeurs typiques :
- Résistance à la traction - 340 à 565 MPa
- Limite d'élasticité - 170 à 505 MPa
- Allongement à la rupture - 3% à 8%
- Dureté - 75 à 110 HRB
- Module d'élasticité d'environ 70 GPa
Caractéristiques de l'aluminium imprimable en 3D
| Attribut | Détails |
|---|---|
| Finition de la surface | L'adhérence de la poudre peut laisser un profil de surface semi-rugueux et en escalier. |
| Précision | Il est généralement possible d'obtenir une grande précision dimensionnelle jusqu'à ±0,1%. |
| Anisotropie | Propriétés mécaniques directionnellement plus faibles observées |
| Porosité | Porosité <1% obtenue avec des paramètres SLM optimisés |
| Flexibilité de l'alliage | Nombreuses qualités 2xxx, 5xxx, 6xxx et 7xxx imprimables |
Applications de Impression 3D d'alliages d'aluminium
| L'industrie | Applications typiques |
|---|---|
| Aérospatiale | Conduits d'aéronefs, échangeurs de chaleur, supports structurels |
| Automobile | Supports personnalisés, supports, dissipateurs thermiques, outillage |
| Architecture | Panneaux légers, treillis décoratifs, petites sculptures |
| Médical | Firmware comme les instruments chirurgicaux, les implants |
| Électronique | Dispositifs de dissipation de la chaleur tels que les dissipateurs thermiques |
| Défense | Pièces à faible volume avec des délais de livraison réduits |
Spécifications des poudres d'aluminium pour la fabrication additive
| Paramètres | Type/plage |
|---|---|
| Matériaux | AlSi10Mg, AlSi7Mg0,6, AlSi12, AlSi9Cu3 |
| Taille des particules | 25 à 65 microns |
| Forme des particules | Principalement sphérique, quelques satellites autorisés |
| Densité apparente | Environ 2,67 g/cc |
| Débit | <30 s/50 g selon ASTM B964 |
| Oxygène résiduel | <0,4% pour une résistance élevée à la traction |
Principaux fournisseurs de Impression 3D d'alliages d'aluminium
Les producteurs de poudre d'alliage d'aluminium les plus populaires pour l'AM sont les suivants :
- AP&C - Spécialisé dans l'atomisation de matériaux réactifs comme l'aluminium
- Additif Carpenter - Large gamme de nuances d'acier inoxydable et d'aluminium
- EOS - Fournit des poudres d'aluminium pré-alliées pour les systèmes d'impression EOS
- Sandvik Osprey - Poudres d'aluminium sphériques atomisées au gaz
- SLM Solutions - Optimisation des imprimantes SLM avec de l'aluminium de haute qualité
Considérations sur les coûts
| Qualité de l'aluminium | Prix moyen de la poudre |
|---|---|
| AlSi10Mg | $100-150 par kg |
| AlSi7Mg | $70-100 par kg |
| AlSi12 | $90-140 par kg |
Les poudres d'aluminium vierge ont une prime de 20-50% par rapport aux poudres recyclées. Les prix dépendent également de la quantité achetée, des caractéristiques des particules, du fournisseur et des prix des métaux en vigueur.
Avantages et inconvénients de l'aluminium imprimé en 3D
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Réduction du poids par rapport aux pièces en acier | Une forte réflectivité exige une puissance laser plus élevée |
| Prototypage rapide, personnalisation | Le post-traitement est souvent nécessaire pour atténuer les tensions |
| Consolidation des assemblages en une seule pièce | L'aluminium réactif nécessite des atmosphères inertes |
| Amélioration de la gestion thermique | Taille maximale des pièces limitée par l'équipement utilisé |
| Compatible avec le placage, le polissage | Les alliages ont une température de service maximale inférieure à celle des aciers. |
FAQ
Q : Quel est l'alliage d'aluminium le mieux adapté à la fabrication additive ?
R : AlSi10Mg est l'alliage d'aluminium le plus largement adopté, offrant une bonne combinaison de fluidité, de solidité, de dureté et de résistance à la corrosion, ainsi qu'une compatibilité avec diverses imprimantes.
Q : L'orientation de la construction affecte-t-elle les propriétés des composants en aluminium imprimés en 3D ?
R : Oui, la construction verticale peut présenter des résistances à la traction et à l'élasticité inférieures à celles des pièces construites horizontalement, en raison de la construction couche par couche. Les performances mécaniques varient également en fonction de la charge parallèle ou perpendiculaire aux couches.
Q : Quels traitements thermiques de mise en solution peuvent améliorer les propriétés de l'aluminium ?
R : Le traitement thermique T6 (solubilisation puis durcissement artificiel) de certains alliages fabriqués de manière additive, comme l'AlSi10Mg, peut augmenter de manière significative la résistance à la traction, la dureté et la ductilité par rapport à l'état de construction.
Q : Comment les finitions de surface sont-elles améliorées pour les pièces en aluminium fabriquées de manière additive ?
R : Diverses procédures de finition telles que le sablage, le microbillage, le polissage au laser, l'usinage CNC, le meulage ou le lignage peuvent contribuer à adoucir les contours en escalier généralement observés sur les surfaces d'aluminium telles qu'elles ont été construites à partir d'une impression à base de poudre.
Q : La réutilisation de la poudre d'aluminium affecte-t-elle les propriétés des pièces imprimées en 3D ?
R : Le recyclage de la poudre d'aluminium jusqu'à 10-20 fois n'a généralement pas d'impact sur les performances mécaniques. Mais au-delà d'environ 25 cycles de réutilisation, la diminution de la fluidité de la poudre, la baisse de la densité et l'augmentation des impuretés d'oxygène et de nitrure peuvent commencer à détériorer la qualité et la résistance du matériau.
