Des scientifiques ont réalisé une nouvelle percée en appliquant la technologie d'impression 3D aux alliages de titane, doublant ainsi la résistance du matériau et élargissant ses applications potentielles dans l'aérospatiale.
Ce nouvel alliage de titane affiche une résistance à la fatigue record. Photo : iStock
L'Académie chinoise des sciences (CAS) a détaillé cette avancée dans une étude publiée dans la revue Nature le 28 février. Ces travaux sont le fruit d'une collaboration entre les scientifiques Zhang Zhenjun et Zhang Zhefeng du Laboratoire de science des matériaux de Shenyang (Institut de recherche sur les matériaux de la CAS) et Robert Ritchie de l'Université de Californie à Berkeley. Selon l'article, l'idée de la recherche est née en Chine, où les échantillons de matériaux ont également été créés. Robert Ritchie a participé à l'évaluation du processus.
Bien que l'impression 3D ait révolutionné la fabrication, son utilisation reste assez limitée pour la production de pièces exigeant une haute résistance à la fatigue. La résistance à la fatigue désigne la capacité d'une pièce mécanique à résister aux défaillances dues à la fatigue, telles que la corrosion par piqûres et la fissuration superficielle.
L'impression 3D métal, qui utilise des lasers pour fondre de la poudre métallique et la déposer par couches successives en formes complexes en un temps réduit, est une méthode idéale pour la production rapide de composants volumineux et complexes. Cependant, la forte chaleur générée par le puissant faisceau laser souvent utilisé lors de l'impression entraîne la formation de bulles d'air à l'intérieur de la pièce, ce qui affecte les performances de l'alliage. Ces micropores peuvent devenir des centres de pression, provoquant des fissures prématurées et réduisant la durée de vie du matériau.
Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a décidé de produire un alliage de titane poreux. Elle a mis au point un procédé utilisant le Ti-6Al-4V, un alliage de titane, d'aluminium et de vanadium, qui a permis d'obtenir la plus haute résistance à la fatigue parmi les alliages de titane connus à ce jour. Selon Zhang Zhenjun, le procédé débute par un pressage isotherme à chaud afin d'éliminer les pores, suivi d'un refroidissement rapide avant que toute modification de la structure interne de l'alliage ne puisse se produire. Ce procédé permet d'obtenir un alliage poreux dont la résistance à la fatigue en traction est accrue de 106 %, passant de 475 MPa à 978 MPa, établissant ainsi un record mondial .
Zhang Zhenjun a déclaré que cette découverte est prometteuse pour de nombreuses applications dans les industries exigeant des matériaux légers, comme l'aérospatiale et les véhicules à énergies nouvelles. À ce jour, ce nouveau matériau n'a été produit qu'à l'échelle d'un prototype, ressemblant à un haltère dont l'épaisseur minimale est de 3 mm – une taille trop petite pour une application pratique. Bien que la technologie soit encore au stade expérimental, elle présente un grand potentiel pour la fabrication de dispositifs complexes.
Selon l'Académie chinoise des sciences (CAS), de nombreux composants aéronautiques, notamment les tuyères des fusées de la NASA, la structure du chasseur J-20 et les injecteurs de carburant de l'avion chinois C919, sont fabriqués grâce à la technologie d'impression 3D. Avec un potentiel de miniaturisation future, cette nouvelle technologie connaîtra des applications beaucoup plus vastes.
An Khang (selon Tech Times )
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