La fabrication additive a pris le monde d'assaut, et la poudre pour la technique PBF est un acteur important de cette révolution. Cet article plonge dans l'univers des poudres métalliques utilisées dans la PBA, en explorant leurs types, leurs compositions, leurs caractéristiques, leurs applications, etc. Que vous soyez un professionnel chevronné ou un débutant curieux, ce guide complet vous apportera des informations précieuses et des connaissances pratiques.
Vue d'ensemble Poudre pour la technique PBA
La fusion sur lit de poudre (PBF) est une catégorie de fabrication additive qui comprend diverses technologies telles que la fusion sélective par laser (SLM) et la fusion par faisceau d'électrons (EBM). La PBF consiste à fusionner des couches de matériaux en poudre pour créer des pièces complexes et précises. Le choix de la poudre métallique est crucial car il affecte directement la qualité, la résistance et la performance du produit final.
Types de poudre pour la technique PBA
Pour mieux comprendre le paysage des poudres métalliques utilisées en PBA, nous allons nous pencher sur des modèles spécifiques et leurs descriptions détaillées.
| Poudre métallique | Composition | Propriétés | Applications |
|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | Alliage de titane (90% Ti, 6% Al, 4% V) | Haute résistance, faible poids, résistant à la corrosion | Aérospatiale, implants médicaux, automobile |
| Acier inoxydable 316L | Alliage de fer (16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo) | Résistant à la corrosion, bonnes propriétés mécaniques | Dispositifs médicaux, équipements de transformation des aliments |
| AlSi10Mg | Alliage d'aluminium (90% Al, 10% Si, 0,3-0,5% Mg) | Léger, bonnes propriétés thermiques | Automobile, aérospatiale, biens de consommation |
| Inconel 718 | Alliage de nickel (50-55% Ni, 17-21% Cr, 4.75-5.5% Nb) | Résistance aux températures élevées, bonne soudabilité | Aérospatiale, énergie, automobile |
| Acier maraging 1.2709 | Alliage de fer (18% Ni, 9% Co, 5% Mo, 0,2% Ti) | Résistance, dureté et ténacité élevées | Outillage, aérospatiale, automobile |
| CoCrMo | Alliage de cobalt (60% Co, 27-30% Cr, 5-7% Mo) | Résistant à l'usure, biocompatible | Implants médicaux, applications dentaires |
| Cuivre C18150 | Alliage de cuivre (99,85% Cu, 0,15% Zr) | Conductivité thermique et électrique élevée | Composants électriques, gestion thermique |
| AlSi12 | Alliage d'aluminium (87-89% Al, 10-12% Si) | Rapport résistance/poids élevé, bonnes propriétés de coulée | Automobile, aérospatiale |
| Hastelloy X | Alliage de nickel (47-50% Ni, 20-23% Cr, 8-10% Mo) | Résistant à l'oxydation et à la corrosion à haute température | Aérospatiale, traitement chimique |
| Acier à outils H13 | Alliage de fer (0,4% C, 5% Cr, 1,3% Mo, 1% V) | Résistance élevée à l'usure, stabilité thermique | Outillage, moules, matrices |
Composition des Poudre pour la technique PBA
Il est essentiel de comprendre la composition de ces poudres métalliques pour sélectionner le matériau adéquat pour votre projet. Le mélange unique d'éléments de chaque poudre lui confère des propriétés spécifiques qui en font un matériau adapté à différentes applications.
| Poudre métallique | Éléments principaux | Éléments secondaires | Impuretés |
|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | Titane, aluminium, vanadium | Fer, oxygène | Carbone, azote |
| Acier inoxydable 316L | Fer, chrome, nickel | Molybdène, Manganèse, Silicium | Phosphore, soufre |
| AlSi10Mg | Aluminium, Silicium, Magnésium | Fer, cuivre | Titane, Zinc |
| Inconel 718 | Nickel, chrome, niobium | Molybdène, titane, aluminium | Carbone, Cobalt |
| Acier maraging 1.2709 | Fer, nickel, cobalt, molybdène | Titane, aluminium | Carbone, Silicium |
| CoCrMo | Cobalt, chrome, molybdène | Nickel, fer | Manganèse, Silicium |
| Cuivre C18150 | Cuivre, Zirconium | – | Fer, plomb |
| AlSi12 | Aluminium, Silicium | Fer, cuivre | Manganèse, Zinc |
| Hastelloy X | Nickel, chrome, molybdène | Fer, Cobalt | Manganèse, Silicium |
| Acier à outils H13 | Fer, chrome, molybdène, vanadium | Carbone, silicium, manganèse | Phosphore, soufre |
Caractéristiques des Poudre pour la technique PBA
Chaque type de poudre métallique utilisé dans le cadre de la PBA présente des caractéristiques distinctes qui le rendent adapté à des applications spécifiques. Nous explorons ici ces propriétés en détail.
| Poudre métallique | Densité (g/cm³) | Point de fusion (°C) | Résistance à la traction (MPa) | Élongation (%) | Dureté (HV) |
|---|---|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | 4.43 | 1660 | 900-1100 | 10-15 | 330 |
| Acier inoxydable 316L | 7.99 | 1375-1400 | 480-620 | 30-40 | 200 |
| AlSi10Mg | 2.68 | 570-580 | 300-350 | 5-10 | 120 |
| Inconel 718 | 8.19 | 1260-1336 | 965-1241 | 10-20 | 330 |
| Acier maraging 1.2709 | 8.0 | 1413 | 2000-2500 | 5-10 | 500 |
| CoCrMo | 8.29 | 1330-1390 | 900-1300 | 10-20 | 500 |
| Cuivre C18150 | 8.96 | 1083 | 350-410 | 20-30 | 110 |
| AlSi12 | 2.68 | 570-580 | 200-300 | 5-10 | 80 |
| Hastelloy X | 8.22 | 1260-1350 | 700-1000 | 30-40 | 200 |
| Acier à outils H13 | 7.80 | 1425-1530 | 1000-1200 | 10-15 | 600 |
Applications de la poudre pour la technique PBA
Les poudres métalliques pour le PBA ont des applications variées dans diverses industries. Voici un examen plus approfondi des domaines dans lesquels chaque type de poudre excelle.
| Poudre métallique | L'industrie | Applications spécifiques |
|---|---|---|
| ti-6al-4v | Aérospatiale, Médical | Composants d'aéronefs, implants |
| Acier inoxydable 316L | Médical, Alimentaire | Instruments chirurgicaux, équipements de transformation des aliments |
| AlSi10Mg | Automobile, aérospatiale | Pièces légères, prototypes |
| Inconel 718 | Aérospatiale, Énergie | Aubes de turbines, moteurs de fusées |
| Acier maraging 1.2709 | Outillage, aérospatiale | Outils à haute résistance, composants structurels |
| CoCrMo | Médical, dentaire | Remplacement des articulations, prothèses dentaires |
| Cuivre C18150 | Électrique, thermique | Connecteurs électriques, échangeurs de chaleur |
| AlSi12 | Automobile, aérospatiale | Composants du moteur, supports |
| Hastelloy X | Aérospatiale, Chimie | Chambres de combustion, réacteurs chimiques |
| Acier à outils H13 | Outillage, moulage | Moules d'injection, moules de coulée sous pression |
Grades de Poudre pour la technique PBA
Les différentes qualités de poudres métalliques permettent de choisir le bon matériau pour des applications spécifiques. Voici quelques-unes des qualités disponibles pour les poudres les plus courantes.
| Poudre métallique | Notes | Description |
|---|---|---|
| ti-6al-4v | 5e année, 23e année | Versions interstitielles standard et extra-basses |
| Acier inoxydable 316L | 316L, 316LVM | Versions à faible teneur en carbone et fondues sous vide |
| AlSi10Mg | Standard | Grade couramment utilisé |
| Inconel 718 | AMS 5662, AMS 5663 | Nuances pour l'aérospatiale et les hautes températures |
| Acier maraging 1.2709 | Standard | Grade couramment utilisé |
| CoCrMo | F75, F1537 | Classes d'implants médicaux |
| Cuivre C18150 | Standard | Grade couramment utilisé |
| AlSi12 | Standard | Grade couramment utilisé |
| Hastelloy X | AMS 5754, UNS N06002 | Qualités résistantes aux hautes températures et à la corrosion |
| Acier à outils H13 | Standard, H13 ESR | Versions communes et affinées sous laitier électrolytique |
Spécifications, tailles et normes
Chaque type de poudre métallique est assorti de normes et de dimensions spécifiques pour répondre aux exigences de l'industrie.
| Poudre métallique | Taille des particules (µm) | Normes | Fournisseur | Prix (par kg) |
|---|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | 15-45 | ASTM B348, ASTM F2924 | EOS, Arcam, AP&C | $300 – $500 |
| Acier inoxydable 316L | 15-45 | ASTM A276, ASTM F138 | GKN, Sandvik, Carpenter | $100 – $150 |
| AlSi10Mg | 20-63 | DIN EN 1706, ASTM B361 | SLM Solutions, EOS | $80 – $120 |
| Inconel 718 | 15-45 | AMS 5662, AMS 5663 | Praxair, Sandvik, LPW | $150 – $250 |
| Acier maraging 1.2709 | 15-45 | AMS 6512 | Charpentier, Sandvik | $200 – $300 |
| CoCrMo | 20-63 | ASTM F75, ASTM F1537 | Charpentier, EOS | $200 – $400 |
| Cuivre C18150 | 15-45 | ASTM B124, ASTM B152 | Sandvik, Charpentier | $50 – $100 |
| AlSi12 | 20-63 | DIN EN 1706 | EOS, Solutions SLM | $70 – $110 |
| Hastelloy X | 15-45 | AMS 5754, UNS N06002 | Praxair, Sandvik | $200 – $300 |
| Acier à outils H13 | 20-63 | ASTM A681 | Charpentier, Sandvik | $100 – $200 |
Avantages et inconvénients de la poudre pour la technique PBA
Pour choisir la bonne poudre métallique, il est essentiel de peser les avantages et les inconvénients de chaque option.
| Poudre métallique | Pour | Cons |
|---|---|---|
| ti-6al-4v | Rapport résistance/poids élevé, résistant à la corrosion | Coûteux, difficile à traiter |
| Acier inoxydable 316L | Excellente résistance à la corrosion, biocompatible | Résistance moindre par rapport à certains alliages |
| AlSi10Mg | Léger, bonne conductivité thermique | Résistance et dureté moindres |
| Inconel 718 | Résistance aux hautes températures, bonne soudabilité | Coûteux, difficile à usiner |
| Acier maraging 1.2709 | Résistance extrêmement élevée, bonne usinabilité | Coûteux, nécessite un traitement thermique |
| CoCrMo | Haute résistance à l'usure, biocompatible | Coûteux, difficile à traiter |
| Cuivre C18150 | Excellente conductivité thermique et électrique | Souple, sujet à l'usure |
| AlSi12 | Bonnes propriétés de coulée, légèreté | Résistance et dureté moindres |
| Hastelloy X | Excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion | Coûteux, difficile à usiner |
| Acier à outils H13 | Résistance élevée à l'usure, stabilité thermique | Coûteux, nécessite un traitement thermique |
Choisir la bonne poudre pour le PBA
Pour choisir la bonne poudre, il faut tenir compte de plusieurs facteurs, notamment les propriétés du matériau, les exigences de l'application et le coût. Voici une comparaison pour vous aider à faire votre choix.
| Facteur | ti-6al-4v | Acier inoxydable 316L | AlSi10Mg | Inconel 718 | Acier maraging 1.2709 | CoCrMo | Cuivre C18150 | AlSi12 | Hastelloy X | Acier à outils H13 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| La force | Haut | Moyen | Moyen | Haut | Très élevé | Haut | Moyen | Moyen | Haut | Haut |
| Poids | Faible | Moyen | Faible | Moyen | Moyen | Haut | Haut | Faible | Haut | Moyen |
| Résistance à la corrosion | Haut | Très élevé | Moyen | Haut | Moyen | Très élevé | Faible | Moyen | Très élevé | Moyen |
| Conductivité thermique | Moyen | Faible | Haut | Moyen | Faible | Faible | Très élevé | Haut | Moyen | Faible |
| Coût | Haut | Moyen | Faible | Haut | Haut | Haut | Faible | Faible | Haut | Moyen |
FAQ
| Question | Réponse |
|---|---|
| Qu'est-ce que le PBA dans la fabrication additive ? | La PBF (fusion sur lit de poudre) est un type de fabrication additive dans lequel une source de chaleur, telle qu'un laser ou un faisceau d'électrons, fusionne couche par couche des matériaux pulvérulents pour créer un objet en 3D. |
| Quels sont les principaux types de PBA ? | Les principaux types de PBA sont la fusion sélective par laser (SLM) et la fusion par faisceau d'électrons (EBM). La fusion par laser sélectif utilise un laser comme source de chaleur, tandis que la fusion par faisceau d'électrons utilise un faisceau d'électrons. |
| Pourquoi le choix de la poudre est-il important ? | Le choix de la poudre influe sur les propriétés mécaniques, l'état de surface et la qualité globale de la pièce imprimée. Les différentes poudres offrent des niveaux variables de solidité, de conductivité thermique, de résistance à la corrosion et d'autres propriétés cruciales pour des applications spécifiques. |
| Comment la qualité des poudres est-elle contrôlée ? | La qualité des poudres est contrôlée par diverses mesures telles que la distribution de la taille des particules, la composition chimique et la pureté. Les fabricants utilisent des normes telles que ASTM et ISO pour garantir la cohérence et la fiabilité de leurs poudres. |
| Peut-on mélanger différentes poudres ? | En général, il n'est pas recommandé de mélanger différentes poudres, car cela peut entraîner des propriétés incohérentes et une mauvaise qualité des pièces. Toutefois, dans certaines recherches et configurations expérimentales, des mélanges sur mesure peuvent être utilisés pour obtenir des propriétés spécifiques. |
| Quels sont les problèmes les plus courants liés au projet PBA ? | Les défis les plus courants sont le recyclage des poudres, le contrôle de la porosité, l'obtention d'une liaison cohérente entre les couches et la gestion des contraintes résiduelles. Des techniques avancées et un contrôle minutieux des processus sont essentiels pour relever ces défis. |
| Comment la poudre est-elle recyclée dans le cadre du projet PBF ? | La poudre non utilisée peut être récupérée et réutilisée dans les constructions suivantes, mais elle doit être soigneusement tamisée et testée pour s'assurer qu'elle répond aux normes de qualité. Avec le temps, la poudre recyclée peut se dégrader, ce qui nécessite d'y mélanger de la poudre fraîche pour en maintenir la qualité. |
| Quelles sont les incidences sur l'environnement ? | Les techniques PBF peuvent être plus durables que les méthodes de fabrication traditionnelles en raison de la réduction des déchets de matériaux et de la possibilité de recycler la poudre. Toutefois, la consommation d'énergie des machines et la nécessité d'utiliser des gaz inertes (dans certains cas) peuvent avoir des incidences sur l'environnement qu'il convient de gérer. |
| Quels sont les secteurs qui bénéficient le plus du projet PBF ? | Les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine et de l'automobile tirent un grand profit de la technologie PBF, car elle permet de produire des pièces complexes, très résistantes et légères qu'il est difficile, voire impossible, d'obtenir par les méthodes de fabrication traditionnelles. |
| Comment choisir la bonne poudre pour mon projet ? | Tenez compte des exigences spécifiques de votre application, telles que les propriétés mécaniques, la conductivité thermique, la résistance à la corrosion et le coût. Examinez les fiches techniques des matériaux et consultez des fournisseurs de poudres ou des experts pour prendre une décision éclairée. |
Conclusion
Naviguer dans le monde des poudres métalliques pour la technique PBF peut être complexe, mais il est crucial de comprendre les types, les compositions, les caractéristiques et les applications de ces poudres. En pesant le pour et le contre et en tenant compte des besoins spécifiques de votre projet, vous pourrez prendre une décision éclairée qui garantira le succès de vos efforts de fabrication additive. L'avenir de la fabrication est sans aucun doute prometteur grâce aux progrès continus de la technologie PBF et du développement des poudres métalliques.