Deux ans de recherche pour une avancée majeure en fabrication additive

Deux ans de recherche pour une avancée majeure en fabrication additive

En utilisant des neutrons pour observer le processus de fabrication additive au niveau atomique, des scientifiques ont démontré qu’ils peuvent mesurer la contrainte dans un matériau à mesure qu’il évolue et suivre comment les atomes se déplacent en réponse au stress.

Une nouvelle approche de la fabrication additive

Les industries de l’automobile, de l’aérospatiale, de l’énergie propre et de l’outillage – en fait, toute industrie nécessitant des pièces complexes et performantes – pourraient bénéficier de la fabrication additive“, a indiqué Alex Plotkowski, scientifique des matériaux à la division des sciences et technologies des matériaux de l’ORNL et scientifique principal de l’expérience.

Les scientifiques de l’ORNL ont développé OpeN-AM, une plateforme d’impression 3D qui peut mesurer le stress résiduel en évolution pendant la fabrication en utilisant la ligne de faisceau VULCAN de la source de neutrons de spallation de l’ORNL, ou SNS, une installation utilisateur du bureau des sciences du département de l’énergie.

Comprendre le comportement des matériaux pendant la fabrication

Combiné à l’imagerie infrarouge et à la modélisation informatique, ce système permet une compréhension sans précédent du comportement des matériaux pendant la fabrication.

Dans ce cas, ils ont utilisé de l’acier à transformation basse température, ou LTT, mesurant physiquement comment les atomes se déplacent en réponse au stress, qu’il s’agisse de température ou de charge, en utilisant la plateforme OpeN-Am.

Les scientifiques du Oak Ridge National Laboratory ont mesuré la distribution de la température pendant la fabrication d’acier de transformation à basse température à l’aide de la thermographie infrarouge. Credit: James Haley/ORNL, U.S. Dept. of Energy

Les contraintes résiduelles sont des contraintes qui subsistent même après qu’une charge ou la cause de la contrainte a été supprimée ; elles peuvent déformer un matériau ou, pire, le faire échouer prématurément. Ces contraintes représentent un défi majeur pour la fabrication de composants précis avec des propriétés et des performances souhaitables.

En synthèse

Les scientifiques ont conçu et, au cours de deux ans, produit cette expérience qui peut mesurer la contrainte dans le matériau à mesure qu’elle évolue, ce qui détermine comment les contraintes seront distribuées.

« Les fabricants pourront adapter la contrainte résiduelle dans leurs composants, augmentant leur résistance, les rendant plus légers et dans des formes plus complexes. La technologie peut être appliquée à tout ce que vous voulez fabriquer », a souligné Alex Plotkowski. « Nous avons réussi à montrer qu’il existe un moyen de le faire. Nous démontrons que nous comprenons les connexions dans un cas pour anticiper d’autres cas ».

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la fabrication additive ?

La fabrication additive, également connue sous le nom d’impression 3D, est un processus qui crée des objets en ajoutant des matériaux couche par couche. Elle est utilisée dans diverses industries, notamment l’automobile, l’aérospatiale, l’énergie propre et l’outillage.

Qu’est-ce que OpeN-AM ?

OpeN-AM est une plateforme d’impression 3D développée par les scientifiques de l’ORNL. Elle peut mesurer le stress résiduel en évolution pendant la fabrication.

Qu’est-ce que le stress résiduel ?

Les contraintes résiduelles sont des contraintes qui subsistent même après qu’une charge ou la cause de la contrainte a été supprimée. Elles peuvent déformer un matériau ou, pire, le faire échouer prématurément.

Qu’est-ce que l’acier à transformation basse température (LTT) ?

L’acier à transformation basse température est un type d’acier utilisé dans cette expérience. Les scientifiques ont mesuré physiquement comment les atomes se déplacent en réponse au stress, qu’il s’agisse de température ou de charge, en utilisant la plateforme OpeN-Am.

Qu’est-ce que le prix R&D 100 2023 ?

Le prix R&D 100 2023 est un prix décerné aux scientifiques pour cette technologie. Le magazine R&D World a annoncé les gagnants en août.

Les scientifiques ont récemment reçu un prix R&D 100 2023 pour cette technologie. Le magazine R&D World a annoncé les gagnants en août. Plotkowski et les autres gagnants seront reconnus lors de la cérémonie de remise des prix de l’organisation le 16 novembre à San Diego.

Légende illustration principale : La plateforme expérimentale OpeN-AM, installée sur l’instrument VULCAN à la source de neutrons à spallation de l’ORNL, comporte un bras robotisé qui imprime des couches de métal fondu pour créer des formes complexes. Cela permet aux scientifiques d’étudier au microscope les soudures imprimées en 3D. Credit: Jill Hemman, ORNL/U.S. Dept. Of Energy

Plotkowski, A. et al. (2023). Mesure du stress résiduel dans la fabrication additive. Nature Communications.

[ Rédaction ]

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