l'impression 3D permet facilement de produire des pièces métalliques présentant des structures complexes et des propriétés allégées, ce qui constitue un atout majeur pour les équipements haut de gamme de nouvelle génération, tels que les aéronefs et les engins spatiaux, qui privilégient la réduction de masse et l’intégration. Toutefois, les pièces métalliques fabriquées par impression 3D présentent généralement un défaut critique : une faible résistance à la fatigue, c’est-à-dire qu’elles sont sujettes à la fissuration par fatigue sous chargement cyclique, limitant ainsi fortement leurs applications clés. Récemment, une équipe dirigée par les chercheurs Zhang Zhefeng et Zhang Zhenjun de l’Institut de recherche sur les métaux (IMR) de l’Académie des sciences de Chine (CAS) a mis au point une nouvelle technologie de post-traitement pour l’impression 3D. Le matériau en alliage de titane obtenu grâce à cette technologie NAMP présente une résistance à la fatigue sans précédent dans diverses conditions de rapport de contraintes, sa performance globale en fatigue dépassant celle de tous les matériaux métalliques connus à ce jour, éliminant ainsi un obstacle majeur à l’application de la technologie d’impression 3D dans des domaines de haute précision et de pointe. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Science Advances.
Au début de l'année 2024, l'équipe a mis au point un nouveau procédé NAMP permettant de contrôler précisément la structure interne et les défauts des matériaux. Le Ti-6Al-4V, l'un des alliages de titane les plus couramment utilisés préparés selon ce procédé, permet d'éliminer à la fois les micropores et les microstructures grossières — deux défauts qui constituent les principales causes de fatigue. Ce nouveau matériau a battu le record mondial de « résistance spécifique à la fatigue » dans des conditions de rapport de contrainte « traction-traction ».
Cependant, des pièces réelles telles que les aubes de moteurs d’avion et les trains d’atterrissage sont soumises à des conditions de contrainte extrêmement complexes, qui incluent non seulement des scénarios de « traction-traction », mais aussi des scénarios de « traction-compression », ce qui signifie que le rapport de contrainte est variable. Des rapports de contrainte différents peuvent déclencher des mécanismes d’endommagement distincts au sein du matériau. Les microstructures des alliages de titane traditionnels présentent souvent des limites : ils se comportent bien uniquement sous certains rapports de contrainte spécifiques, mais peuvent présenter des performances médiocres lorsque ce rapport varie. Cela rend très difficile la fabrication d’un matériau capable de fonctionner efficacement dans toutes les conditions de service.
Face à ce défi plus complexe, l’équipe de recherche a identifié plusieurs maillons faibles dans les alliages de titane, sujets à la fissuration par fatigue, ainsi que les modes de contrainte sous lesquels ils se produisent. À l’aide du procédé NAMP, ils ont fabriqué des structures imprimées en 3D quasi exemptes de pores, capables d’optimiser simultanément tous ces maillons faibles. Cet alliage de titane imprimé en 3D présente la particularité de conserver une résistance élevée à la fatigue dans des conditions de rapport de contrainte complet.
Les données expérimentales montrent que, lors d’essais de fatigue réalisés sous différents rapports de contrainte, la résistance à la fatigue de ce nouveau matériau non seulement dépasse celle de tous les alliages de titane, mais que sa « résistance spécifique à la fatigue » est globalement supérieure à celle de tous les matériaux métalliques, établissant ainsi un nouveau record mondial.
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