Quel métal peut être utilisé dans l’impression 3D ?

Impression 3D métal révolutionne le monde de la fabrication à une vitesse jamais connue auparavant, libérant la conception et les ingénieurs des contraintes traditionnelles. De la haute performance composants aérospatiaux à l'individu dispositifs médicaux aux équipements industriels complexes et allégés, une sélection précise des matériaux métalliques est la porte qui ouvre la voie à ces utilisations. Cet article aborde entièrement le haut Métaux imprimables en 3D comme les alliages de titane, les alliages d'aluminium, l'acier inoxydable, les alliages haute température, les aciers à outils et les métaux précieux , leurs propriétés caractéristiques, leurs processus appropriés et leurs principaux domaines d'utilisation, libérant le potentiel illimité de la fabrication additive avec des métaux.

Référence rapide : Choisissez votre robinet en un coup d'œil

Type de métal	Caractéristiques principales et utilisations typiques
Titane Alliage (Ti6Al4V)	Rapport résistance/poids élevé, bonne biocompatibilité ; composants structurels aérospatiaux, composants de véhicules haute performance, etc.
Aluminium Alliage (AlSi10Mg, Scalmalloy)	Haute conductivité électrique et thermique, léger ; pièces de véhicules, poids légers, châssis de drones, panneaux de vaisseaux spatiaux.
Acier inoxydable (316L, 17-4PH, 15-5PH)	Haute résistance à la corrosion, excellentes propriétés mécaniques ; équipement de transformation des aliments, pièces de quincaillerie marine, porte-outils, dispositifs médicaux et tuyaux et vannes industriels.
Superalliage (Inconel 718/625, Hastelloy X)	Haute résistance à des températures élevées, résistance à l'oxydation et résistance au fluage ; composants de moteurs d'avion (roues d'aubes de turbine), turbines à gaz, moteurs de fusée et fours à haute température.
Acier à outils (H13, Maraging Steel 300/350)	Dureté élevée, résistance élevée à l'usure et résistance élevée au traitement thermique ; insert pour un moulage par injection, des moules moulés sous pression, un outil de coupe et une fonctionnalité haute performance
Métaux précieux (or, argent, platine)	Haute valeur et qualités uniques (conductivité, bioinertie, activité catalytique) ; applications dans les bijoux, les contacts électroniques spéciaux et les dispositifs médicaux/de recherche spéciaux.
Cuivre alliages (cuivre pur, CuCrZr)	Excellente conductance électrique et thermique ; appliqué dans les dissipateurs de chaleur, les échangeurs de chaleur, les bobines d'induction, les enroulements de moteur et les connecteurs conducteurs.
Alliage cobalt-chrome (CoCr)	Résistance supérieure à l’usure avec une résistance élevée et une bonne biocompatibilité ; application de restaurations dentaires (couronnes/bridge)

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Alliage de titane : le roi de la légèreté et de la haute résistance

Introduction détaillée au Ti6Al4V (grades 5 et 23) et à d'autres alliages de titane

Ti6Al4V

Il est également connu sous le nom Alliage de titane TC4 , est un alliage de titane α+β typique. Sa composition chimique est principalement constituée de : titane (Ti) comme matrice ; aluminium (Al) (6 %) pour améliorer la résistance et la stabilité thermique de l'alliage ; et vanadium (V) (4 %) pour améliorer la plasticité et la résistance à la corrosion. Le Ti6Al4V combine de nombreux avantages, notamment la solidité, la ténacité, la résistance à la chaleur et à la corrosion et une faible densité. Il s'agit de l'alliage de titane le plus utilisé au monde, représentant plus de 50 % de l'utilisation mondiale des alliages de titane. En termes simples, il est plus dur que l’aluminium, plus léger que l’acier et plus résistant à la corrosion que l’acier inoxydable.

Catégorie 5 (Ti-6Al-4V)

Le grade 5 (Ti-6Al-4V), le grade le plus performant, est le plus largement utilisé alliage de titane cheval de bataille car il offre la meilleure combinaison de résistance à la traction (≥895 MPa), de limite d'élasticité (≥830 MPa) et de ductilité progressivement élevée (allongement ≥10 %) . Le grade 23 à faible teneur en interstitiels (Ti-6Al-4V ELI, Extra Low Interstitial) améliore nettement, sans réduire la résistance élevée (résistance à la traction ≥828 MPa), la ténacité à la rupture et la tolérance aux dommages. Il est particulièrement adapté aux composants structurels porteurs critiques en matière de sécurité nécessitant une fiabilité maximale, une résistance élevée aux contraintes multiaxiales ou un service à basse température, par exemple les colonnes montantes d'exploration de puits de pétrole en haute mer, les pièces aéronautiques et les prothèses articulaires.

Outre les séries de grade 5 et 23, la famille des alliages de titane contient en outre du TC21 à haute résistance et durabilité (avec une résistance à la traction de ≥ 1 100 MPa), une résistance à haute température TC11 (-capable d'être utilisé à moins de 500 °C) et du titane pur commercial TA1/Ti Grade 2 (-une bonne résistance à la corrosion et une bonne formabilité, couramment observées en génie chimique ainsi qu'en général. applications médicales ). Les alliages contrôlent tous véritablement le contenu des éléments constitutifs tels que Al, V, Ru et les éléments interstellaires (O, N, C et Fe) dans le but de satisfaire les besoins différents et rigoureux des environnements de service en matière de haute résistance, de haute ténacité, de haute résistance à la corrosion, de bonne soudabilité et de biocompatibilité élevée.

Caractéristiques

Rapport résistance/poids élevé, résistance élevée à la corrosion et bonne biocompatibilité. Les alliages de titane Ti-6Al-4V offrent l'équilibre idéal entre propriétés mécaniques, de corrosion et physiques.

Rapport résistance/poids élevé : bien que sa densité ne soit que de 4,43 g/cm³, soit seulement 60 % de celle de l'acier, la résistance spécifique de l'alliage de titane est égale, voire supérieure, à celle des aciers alliés à haute résistance. En conséquence, les composants en alliage de titane, soumis à une charge similaire, présentent une réduction de poids écrasante de plus de 40 %. Sa limite d'élasticité, généralement de 800 à 880 MPa, est telle que le expositions matérielles , même à des contraintes élevées, une déformation ductile et est beaucoup moins susceptible de échouer par fragilité.

Bonne résistance à la corrosion : dans des milieux agressifs comme l'acide fluorhydrique, l'acide acétique et l'acide formique, une fine couche passive d'oxyde de titane extrêmement rapide adhère à sa surface, ce qui lui confère une bonne résistance à la corrosion, lui permettant ainsi d'être utilisée dans une utilisation chimique ainsi que dans une atmosphère aquatique.

Biocompatibilité supérieure : les alliages de titane, en particulier le grade 23 ELI, sont non sensibilisants, non toxiques et non magnétiques pour les tissus humains. Le module élastique des alliages de titane est très proche de celui de l'os humain, minimisant considérablement la protection contre les contraintes et provoquant une meilleure ostéointégration. La résistance à l'usure et la bioactivité peuvent être encore améliorées grâce à des traitements de surface (par exemple, revêtements en nitrure de titane ), et il est donc favorable aux articulations artificielles (articulations de la hanche et du genou), aux plaques osseuses, aux vis à os, aux implants dentaires et aux implants craniomaxillo-faciaux avancés. L'implant prothétique personnalisé en alliage de titane qui a été utilisé lors du premier « remplacement total du corps vertébral cervical par impression 3D » au monde a été utilisable pendant huit ans chez ce patient et a retrouvé un niveau de vie élevé, démontrant son haut niveau de biocompatibilité et sa longue durée de vie.

Processus pertinents : les alliages de titane sont plus précis et efficaces dans le cas de l'impression 3D pour permettre la conception de composants personnalisés, par exemple, GDT , EBM et DED.

Applications : En raison de leurs propriétés exceptionnelles, les alliages de titane sont devenus un produit phare dans une gamme d'applications de haute performance, allant des stents aérospatiaux, pièces de moteur, arthroplasties de dispositifs médicaux, implants craniomaxillo-faciaux, voitures de course haute performance, jusqu'aux appareils de sport.

L'acier inoxydable : l'épine dorsale de la résistance à la corrosion et des applications industrielles

Description détaillée du 316L (résistant à la corrosion), du 17-4PH / 15-5PH (durcissement par précipitation), du 304L, du 420, etc.

Acier inoxydable 316L

AvecAcier inoxydable 316L étant un acier inoxydable au molybdène, il est plus résistant à la corrosion que l'acier inoxydable 304 et constitue donc un matériau approprié pour les équipements dans le secteur de la pâte à papier et fabrication de papier . L'acier inoxydable 316 résiste également aux atmosphères industrielles et marines difficiles. L'acier inoxydable 316L résiste également plus longtemps aux précipitations de carbure que l'acier inoxydable 316 et est donc qualifié pour les applications à haute température. En tant qu'alliage d'acier 316 à faible teneur en carbone, le 316L présente les mêmes attributs que l'acier 316 mais avec une résistance améliorée à la corrosion intergranulaire. Il s’agit d’une exigence spécifique dans les applications de l’acier 316 où la résistance à la corrosion intergranulaire est un paramètre important. Parmi toutes les formes d’acier inoxydable, le 316L et le 17-4PH sont communément considérés comme le couple doré de l’impression 3D. Parmi toutes ces formes d’acier inoxydable, le 316L, avec sa meilleure résistance à la corrosion et sa biocompatibilité améliorée, est performant dans les applications médicales.

17-4PH / 15-5PH (durcissement par précipitation)

Inox 15-5 est un acier inoxydable martensitique destiné à diverses utilisations. Il est parfait pour une utilisation dans les projets où un degré de résistance à la corrosion et de performances transversales améliorées est nécessaire par rapport à celui des autres martensitiques. La température du traitement thermique peut ensuite varier pour modifier le degré de résistance et de dureté nécessaire à un projet individuel.

Le 17-4PH est un alliage d'une famille de durcissement par précipitation acier inoxydable martensitique alliages qui présentent une dureté et une résistance élevées et une résistance modérée à la corrosion jusqu'à 600°F. Il bénéficie de qualités de fabrication utiles et peut être durcissable par vieillissement via un seul recuit à 900-1150°F. Cet alliage a été largement utilisé dans les équipements, les raccords et le matériel de traitement des champs pétrolifères et pétrochimiques.

Acier inoxydable 304L

Il s'agit d'un acier allié 304 à faible teneur en carbone . Le 304L a une faible teneur en carbone, ce qui réduit les précipitations nocives de carbure pendant le soudage. Pour cette raison, le 304L" peut être soudé " dans des environnements corrosifs hostiles sans recuit. Les propriétés mécaniques de la nuance sont légèrement inférieures à celles de la nuance 304 standard, mais elle est couramment utilisée en raison de sa polyvalence. Comme pour Acier inoxydable 304 , il est couramment utilisé dans l'industrie brassicole et vinicole, mais peut être utilisé pour créer des applications de produits pour l'industrie non alimentaire, notamment les conteneurs de stockage de produits chimiques, l'exploitation minière et la construction. Il est idéal pour être utilisé dans les composants métalliques tels que les écrous et les boulons exposés à l’eau de mer.

Le 304L bénéficie d'une demande stable qui existe dans des utilisations non applicatives comme réalisation de prototypes en raison de sa compétitivité en termes de coûts. L'acier de qualité 420 est un acier inoxydable martensitique à haute teneur en carbone avec un niveau minimum de chrome de 12 %. L'acier de qualité 420, et l'acier inoxydable en général, peuvent être durcis dès leur état initial par traitement thermique. L'acier de qualité 420, après avoir été recuit, est relativement ductile et présente une superbe résistance à la corrosion après polissage, après meulage de surface ou après trempe. L'acier de qualité 420 est idéal pour tout type de machines de précision, utilisations de type roulement, appareils électriques, instruments, compteurs, transport de véhicules, appareils de cuisine, services alimentaires et dispositifs médicaux en acier inoxydable.

Propriétés : Très haute résistance à la corrosion, propriétés mécaniques supérieures ou peut être traité thermiquement pour obtenir une résistance élevée et un coût relativement faible.

Processus d'application : En raison de leur haute résistance, de leur résistance à la corrosion, de leur aptitude au traitement thermique jusqu'à une résistance élevée et de leur compatibilité avec les masses populaires procédés métal 3D tels que SLM, DED et Binder Jetting, l'acier inoxydable est bien connu pour Métaux imprimés en 3D .

Application : vannes de tuyauterie pour l'industrie chimique, alimentaire et maritime, dispositifs médicaux, pièces d'outils ou de moules, quincaillerie architecturale et pièces fonctionnelles générales.

Alliages haute température : gardiens des environnements extrêmes

Aperçu complet des alliages à base de nickel et de cobalt tels que l'Inconel 718, l'Inconel 625, l'Hastelloy X et le Haynes 282.

Inconel 718

Il s’agit d’un alliage de nickel haute performance, principalement utilisé dans des environnements corrosifs et à haute température. Il offre une résistance élevée, une résistance aux températures élevées, une résistance à la corrosion et un ordre supérieur soudabilité et usinabilité. Il a une teneur élevée en nickel, chrome, fer et autres alliages dans sa composition chimique, ce qui offre une résistance élevée à la chaleur et à l'oxydation.

Inconel 625

Il s'agit d'un alliage à base de nickel contenant du nickel, du chrome et du molybdène et des traces de titane et aluminium . Il présente une bonne résistance à la corrosion et des caractéristiques à haute température. Ses propriétés sont adéquates pour une utilisation dans une gamme d'environnements hostiles car il est fortement résistant à la corrosion et à l'oxydation.
L'Hastelloy X est un alliage de molybdène et de chrome haute température avec une teneur élevée en fer qui est un alliage renforcé par une solution solide.

Hastelloy X

Il est résistant à l'oxydation et à la corrosion et présente une résistance au fluage et une ténacité élevées, même à des températures élevées (par exemple inférieures à 900 °C), ainsi que dans des atmosphères de cémentation et de nitruration et dans des atmosphères neutres et réductrices.

Alliage Haynes 282

Il s'agit d'un superalliage de renforcement avancé de qualité Y qui a été développé en particulier pour le service structurel à haute température, en particulier pour l'utilisation de moteurs au sol et à turbine dans l'aérospatiale. Il offre un excellent équilibre entre soudabilité, stabilité thermique, résistance au fluage et usinabilité par rapport à alliages commerciaux .

Propriétés : résistance exceptionnelle à haute température, résistance élevée à l’oxydation, au fluage et à la corrosion.

Processus applicable : SLM, EBM, avec une expertise particulière en DED

Applications : Applications des moteurs d'avion , composants de turbines à gaz à section chaude (aubes de turbine, chambres de combustion), composants de moteurs de fusée, composants d'énergie nucléaire, fours à haute température.

Acier à outils et acier à matrices : résistant à l'usure et durable

Introduction détaillée : H13 (travail à chaud), Maraging Steel 300/350 (durcissement par vieillissement), 18Ni300, M2 (acier rapide), Toolox 33/44, etc.

H13

Il s'agit d'un acier à outils allié et d'un acier de travail à grande vitesse et est appliqué principalement aux matrices haute pression à haute température, telles que les matrices forgées à chaud, en alliage d'aluminium et d'extrusion à chaud. Le H13 possède une résistance à chaud élevée, une dureté rouge, une ténacité et une résistance supérieure à la fatigue thermique et est donc très performant en service à haute température.

Propriétés : Grande dureté, grande résistance à l’usure et grande résistance aux températures élevées (acier pour travail à chaud) ; résistance extrêmement élevée après traitement thermique ( acier maraging ).

Acier Maraging 300/350 (durcissement par vieillissement)

Le durcissement par vieillissement, ou Maraging Steel 300/350, est un acier à haute résistance constitué d'une matrice martensite à faible teneur en carbone ou en carbone libre qui atteint la dureté grâce à la précipitation de composés intermétalliques lors du vieillissement. Contrairement à l'acier à haute résistance conventionnel, il n'atteint pas la dureté à partir du carbone mais à partir de la précipitation et de la dispersion de composés intermétalliques et, par conséquent, diffère de l'acier à haute résistance conventionnel. acier conventionnel sous plusieurs aspects. Les caractéristiques comprennent une résistance élevée, une ténacité élevée, une faible trempabilité, une bonne formabilité, un traitement thermique facile, aucune distorsion pendant le vieillissement et une bonne soudabilité.

18Ni300

C'est un alliage de la série Maraging 300 et possède sa composition et ses qualités. Ses principaux avantages sont sa distorsion minimale lorsqu'il est vieilli à basse température dans le but d'obtenir la stabilité dimensionnelle de composants précis ; sa trempabilité à froid est faible , ce qui en fait un produit idéal pour les applications complexes. estampage et formage . Ses applications concernent les obus de missiles, les bielles de voitures de course à haut rendement et les moules à grenaille .

M2 (acier rapide)

Il s'agit d'un acier à outils rapide sur base de molybdène, un alliage composé principalement de carbone, de molybdène, de tungstène, de chrome et de vanadium . Une haute résistance à l'usure, aux chocs et aux températures élevées (qualités de conservation jusqu'à 600°C) existe dans cet acier, qui peut être utilisé dans outil de coupe , fabrication de moules et de composants à haute résistance. Une grande uniformité de distribution du carbure et une haute résistance caractérisent cet acier, qui est cependant sujet à la surchauffe et nécessite un contrôle strict des paramètres de traitement thermique. L'ajout de cérium, une terre rare ultime, affine la taille du carbure, réduit la ségrégation de l'alliage et enrichit la capacité et l'aptitude au traitement à haute température.

Toolox 33/444

Toolox 33/44, qui est un acier révolutionnaire pouvant être traité thermiquement , est pré-durci aux niveaux HRC 33 (Toolox 33) et HRC 44 (Toolox 44) en usine, ce qui élimine les coûts et le temps de cycle du traitement thermique. Une efficacité d'usinage élevée, des vitesses de coupe directe élevées, plus rapides, ainsi que de bonnes performances d'électroérosion et de polissage, réduisant d'un tiers le temps de polissage existent dans cet acier, qui a une efficacité d'usinage élevée. Les traitements de surface compatibles optimisent encore davantage la résistance à l’usure. En grande taille, il est couramment utile dans moules à injection , les matrices d'estampage de voitures et les fixations de robots, réduisant ainsi les délais de livraison.

Processus applicables : SLM, EBM, avec une force particulière en DED.

Applications : inserts de moules d'injection/coulage sous pression, en particulier ceux dotés de canaux de refroidissement conformes, matrices d'estampage/formage, outils de coupe , et pièces résistantes à l'usure.

Métaux précieux et alliages spéciaux : répondre à des besoins uniques

Or, argent et platine

Ce sont des métaux précieux pour répondre aux besoins uniques en matière d’impression 3D.
Bijoux : Les bijoux doivent être chimiquement inertes à température et pression ambiantes standard et résistants à la corrosion par les principaux constituants de l’eau et de l’air. La stabilité chimique de l'or est excellente. L'argent est un argent blanchâtre d'aspect métallique, est facile à obtenir, est bon marché et est devenu le choix préféré pour les bijoux. Le platine , qui est l'or blanc, est argenté blanchâtre en aspect métallique , est hautement ductile et résiste à la corrosion contre les acides forts corrosifs et les alcalis forts et possède un point de fusion extrêmement élevé.

Contacts électroniques spéciaux : Dans microcontacts électroniques , l'or résiste à l'érosion par arc ; l'argent résiste à l'inhibition de l'électromigration ; et le platine résiste à l'oxydation due aux températures élevées . De tels métaux nobles sont également utilisés dans les contacts de relais aérospatiaux et les connecteurs supraconducteurs en platine dans les machines d’imagerie par résonance magnétique nucléaire.

Dispositifs biomédicaux pour la recherche : capteurs implantés (or), dispositifs de libération de médicaments anticancéreux en platine et surfaces antibactériennes en argent.

Alliages de cuivre (cuivre pur, CuCrZr)

Très conducteurs de l'électricité et de la chaleur, ils sont utilisés dans les pièces de moteur, les dissipateurs thermiques, les échangeurs de chaleur et les bobines d'induction. L'alliage cobalt-chrome (CoCrMo) est extrêmement résistant à l'usure et extrêmement biocompatible, et est utilisé dans les restaurations dentaires ainsi que dans certains implants orthopédiques.

Processus appropriés : SLM (paramètres spéciaux requis), BJ (métaux précieux) et DED (cuivre).

FQA

1. La résistance des composants métalliques imprimés en 3D sera-t-elle similaire à celle des composants forgés ?

Oui. Une optimisation appropriée des processus après traitement, par exemple par traitement thermique, peut rendre le résultat pièces métalliques produites par des procédés comme SLM ou EBM, par exemple, la résistance et la fatigue atteignent et même dépassent celles des pièces forgées analogiques traditionnelles.

2. Pouvez-vous remplacer la fabrication conventionnelle (par exemple, fonderie et CNC ) entièrement avec l'impression 3D métallique ?

Pas encore, ce n’est pas possible. C'est mieux pour les formes complexes, la personnalisation pour une production courte et les alliages difficiles à usiner . La production en série de pièces banales est cependant moins coûteuse et plus rapide avec les méthodes conventionnelles, et les deux processus sont complémentaires.

3. Le métal imprimé en 3D nécessite-t-il un post-traitement ?

Oui, à de très rares exceptions près, tous les composants métalliques imprimés en 3D nécessitent un post-traitement. Les processus courants associés à l'impression 3D de métaux sont l'élimination de la structure de support, la réduction des contraintes, le traitement thermique, la finition de surface (usinage, polissage, sablage ), et HIP (dans le but d’améliorer la densité et d’éliminer les pores).

4. L’impression 3D métal est-elle plus coûteuse en raison du coût des matériaux ?

Son coût est généralement nettement plus élevé que celui de la barre ou du bloc de métal à partir duquel il serait fabriqué. Cela ajoute un montant non négligeable au coût d'un impression 3D en métal , même si son rapport qualité-prix global doit être évalué dans son ensemble, avec sa liberté de conception et son rôle d'économie de matériaux.

Résumé

Impression 3D métal La bibliothèque de matériaux continue de croître de façon exponentielle, depuis les alliages de titane conventionnels, les alliages d'aluminium, l'acier inoxydable et les alliages à haute température, en passant par les aciers à outils rares, les métaux nobles et les alliages de cuivre. Chacun d'eux offre, dans une combinaison individuelle, une sélection de propriétés telles que la résistance, la légèreté, la capacité à haute température, la résistance à la corrosion, la conductivité électrique, la capacité thermique et la biocompatibilité pour des applications de haute technologie spécifiées. Des technologies révolutionnaires permettent de transformer efficacement ces matériaux en une géométrie très complexe impossible avec les processus conventionnels, en modifiant la conception, prototype , et fabriquer des composants performants.

Lorsque les contraintes de conception révolutionnaires sont votre problème, la légèreté, la réduction des délais ou l'usinage de matériaux difficiles à couper sont votre défi, votre impression 3D métal et la sélection des matériaux sont des moteurs de solutions. Une compréhension approfondie des propriétés et des applications de vos matériaux est la clé pour débloquer cette technologie révolutionnaire de création et de différenciation. Choisir le bon métal nous ouvre à une capacité de fabrication additive infinie !

Face à ces défis plus élevés, LS Service d'impression 3D est votre "outil" ultime indispensable. Il représente une précision de qualité industrielle, une répétabilité inégalée et une productivité efficace, permettant à vos idées de conception d'être réalisées de manière parfaite, cohérente et efficace. Choisir LS est d'injecter une puissance de précision de qualité industrielle dans votre savoir-faire extraordinaire.

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