Caractérisation de la taille et de la forme des particules des poudres métalliques pour la fabrication additive par couches

La fabrication additive par couches de pièces métalliques est, à mon avis, une prouesse d’ingénierie incroyable. En utilisant des faisceaux d’électrons ou des lasers de haute précision, se déplaçant à grande vitesse, pour faire fondre sélectivement couche après couche du métal, sur des épaisseurs de l’ordre de 10 microns. Cette technique permet de fabriquer des pièces aux fonctionnalités inédites en utilisant beaucoup moins de matière que les techniques traditionnelles telles que la fabrication soustractive. Mais elle a ses défauts, notamment l’excès de matière non utilisée issu des procédés de fusion sur lit de poudre.

Contraintes commerciales

À environ 200-300 £ par kilo, les poudres d’alliage haut de gamme sont coûteuses et on estime qu’elles peuvent représenter jusqu’à 1/3^e du coût total de fabrication. Par conséquent, afin de réaliser le potentiel commercial des procédés de fusion sur lit de poudre, la poudre doit être recyclée autant que possible. Cependant, un réemploi continu de la poudre comporte un risque d’altérer la qualité de fabrication, entraînant des défauts potentiels dans la pièce fabriquée et un risque de défaillance prématurée — une dépense supplémentaire indésirable, mais aussi un important risque pour la sécurité selon l’application finale.

Bien qu’il n’existe pas d’approche standard pour déterminer si une poudre est adaptée au réemploi, un certain nombre de techniques analytiques peuvent être utilisées pour évaluer la qualité de la poudre, et c’est là que Malvern Panalytical peut vous aider.

Caractéristiques d’empilement et d’écoulement

Dans la fusion sur lit de poudre, des couches successives de poudre sont étalées sur la plate-forme de fabrication pour former un lit de poudre, puis sont fondues à des emplacements précis afin de constituer un niveau unique de la structure 3D. Il s’ensuit que toute hétérogénéité dans le lit de poudre entraînerait des hétérogénéités dans la pièce finale. En pratique, la densité de compactage de la poudre doit être suffisamment élevée pour fournir la masse de métal requise à la couche en cours de fusion et éviter une porosité indésirable. En outre, cette poudre métallique doit s’étaler de manière homogène et constante sur la plate-forme de fabrication des milliers de fois afin de garantir un composant uniforme. Ces deux propriétés, la densité de compactage et l’écoulement de la poudre, sont contrôlées par la taille et la forme des particules, qui peuvent être mesurées à l’aide de la diffraction laser et de l’imagerie automatisée. Vous pouvez en apprendre davantage à ce sujet dans notre livre blanc.

Notre dernière note d’application, Characterizing the particle size and shape of metal powders for additive layer manufacturing, explique comment le système d’imagerie automatisée Morphologi 4 peut être utilisé pour étudier les différences morphologiques des poudres métalliques dues au recyclage et comment nous pouvons classer et comparer les échantillons en fonction de leur forme, comme illustré ci-dessous.

Cela montre comment les caractéristiques des particules évoluent lors du recyclage et comment il est possible d’utiliser l’imagerie automatisée pour optimiser le processus d’atomisation. Wall Colmonoy, par exemple, utilise Morphologi 4 pour comparer et améliorer ses procédés et produits actuels.

Voir l’instrument en action :

Intégrité structurelle et composition élémentaire

Ainsi, en contrôlant la morphologie des particules, nous pouvons aider à garantir que la masse correcte de matériau puisse passer de la trémie d’alimentation à la plaque de fabrication et que nous formions un lit de poudre dense avec un minimum de vides. Mais nous devons également nous assurer que le métal ou les alliages utilisés présentent la bonne composition élémentaire et que le composant fabriqué possède la microstructure appropriée avec peu ou pas de contraintes résiduelles. Les solutions de fluorescence X (XRF) et de diffraction des rayons X (XRD) de Malvern Panalytical sont couramment utilisées à cette fin et vous pouvez en savoir plus dans notre webinaire sur l’utilisation des rayons X pour voir à l’intérieur de vos matériaux et procédés métalliques pulvérulents.

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