[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

EP4347157A1 - Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium mettant en oeuvre une technique de fabrication additive avec prechauffage - Google Patents

Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium mettant en oeuvre une technique de fabrication additive avec prechauffage

Info

Publication number
EP4347157A1
EP4347157A1 EP22733191.5A EP22733191A EP4347157A1 EP 4347157 A1 EP4347157 A1 EP 4347157A1 EP 22733191 A EP22733191 A EP 22733191A EP 4347157 A1 EP4347157 A1 EP 4347157A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
equal
less
mass fraction
preferably less
optionally
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22733191.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bechir CHEHAB
Ravi Shahani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
C Tec Constellium Technology Center SAS
Original Assignee
C Tec Constellium Technology Center SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by C Tec Constellium Technology Center SAS filed Critical C Tec Constellium Technology Center SAS
Priority to DE22733191.5T priority Critical patent/DE22733191T1/de
Publication of EP4347157A1 publication Critical patent/EP4347157A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/13—Auxiliary heating means to preheat the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/362—Process control of energy beam parameters for preheating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/17—Auxiliary heating means to heat the build chamber or platform
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C22C1/0416—Aluminium-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06—Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • B22F1/065—Spherical particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/05—Light metals
    • B22F2301/052—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/10—Pre-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the technical field of the invention is a process for manufacturing an aluminum alloy part, implementing an additive manufacturing technique.
  • additive manufacturing techniques consist of shaping a part by adding material, as opposed to machining techniques, which aim to remove material.
  • machining techniques which aim to remove material.
  • additive manufacturing is defined according to the French standard XP E67-001: “set of processes making it possible to manufacture, layer by layer, by adding material, a physical object from a digital object”.
  • the ASTM F2792-10 standard also defines additive manufacturing.
  • Different additive manufacturing methods are also defined and described in the ISO/ASTM 17296-1 standard.
  • the use of additive manufacturing to produce an aluminum part, with low porosity, has been described in document WO2015006447.
  • the application of successive layers is generally carried out by applying a so-called filler material, then melting or sintering the filler material using an energy source such as a laser beam, electron beam, plasma torch or electric arc.
  • the thickness of each added layer is of the order of a few tens or hundreds of microns.
  • Other additive manufacturing methods can be used. Let us cite for example, and in a non-limiting manner, the melting or sintering of a filler material taking the form of a powder. It can be melting or laser sintering.
  • Patent application US20170016096 describes a process for manufacturing a part by localized melting obtained by exposing a powder to an energy beam of the electron beam or laser beam type, the process also being designated by the acronyms Anglo-Saxon SLM, meaning "Selective Laser Melting" or LPBF "Laser Powder Bed Fusion” or EBM, meaning "Electro Beam Melting".
  • each layer a thin layer of powder is placed on a support, for example taking the form of a tray.
  • the powder thus forms a powder bed.
  • the energy beam sweeps the powder.
  • the scan is performed according to a predetermined digital pattern. Scanning allows the formation of a layer by fusion/solidification of the powder. Following the formation of the layer, the latter is covered with a new thickness of powder. The process of forming successive layers, superimposed on each other, is repeated until the final piece is obtained.
  • the mechanical properties of aluminum parts obtained by additive manufacturing depend on the alloy forming the filler metal, and more precisely on its composition as well as on the heat treatments applied following the implementation of additive manufacturing. It has for example been shown that the addition of elements such as Mn and/or Ni and/or Zr and/or Cu can make it possible to improve the mechanical properties of the part resulting from additive manufacturing.
  • the powder bed, subjected to exposure to the laser beam is brought to a temperature of the order of 200° C.
  • the aforementioned publication indicates that by preheating an aluminum alloy powder to a temperature above 150° C., the distortions can be reduced, compared to a process implemented without preheating This publication concludes that the optimum temperature for preheating the powder is at 250°C.
  • the preheating temperature has an influence on the properties of resistance to cracking of parts manufactured by additive manufacturing, on the basis of an aluminum alloy.
  • the preheat temperature By selecting the preheat temperature, and implementing an appropriate post-fabrication heat treatment, the crack resistance can be significantly improved. This is the object of the invention described below.
  • a first object of the invention is a process for manufacturing a part comprising forming successive metal layers, superimposed on each other, each layer describing a pattern defined from a digital model, each layer being formed by exposing a powder of an aluminum alloy to a beam of light or to a beam of charged particles, so as to bring about a fusion of the powder, followed by solidification, the method being characterized in that:
  • the aluminum alloy powder is maintained at a temperature greater than or equal to 25°C and less than 160°C or between 300 and 500° VS ;
  • the method comprises an application, to the part, of a post-manufacturing heat treatment at a temperature of 300 to 400° C.;
  • the post-manufacturing heat treatment is carried out by exposing the part to a temperature rise greater than 5°C per minute, so as to reduce the residual stresses in the part and to limit the formation of cracks;
  • the method does not include solution heat treatment followed by quenching.
  • the powder is preferably maintained at a temperature comprised from 25 to 150° C., and even more preferably from 80° C. to 130° C., according to a first variant.
  • the temperature rise is preferably greater than 10° C. per minute or greater than 20° C. per minute or greater than 40° C. per minute or greater than 100° C. per minute.
  • the temperature rise can be instantaneous.
  • Another object of the invention is an aluminum alloy part formed using a method according to the first object of the invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an additive manufacturing process of the LPBF type.
  • Figure 2 shows an image of an aluminum alloy part fabricated by an LPBF fabrication process with a crack at an acute angle.
  • Fig. 3 illustrates the shape of specimens fabricated by an LPBF fabrication process.
  • FIG. 1 schematizes the operation of an additive manufacturing process of the laser powder bed fusion (LPBF) type.
  • the filler metal 15 is in the form of an aluminum alloy powder, placed on a support 10.
  • An energy source in this case a laser source 11, emits a laser beam 12.
  • the laser source is coupled to the filler material by an optical system 13, the movement of which is determined according to a digital model M.
  • the laser beam 12 propagates along a propagation axis Z, and follows a movement along an XY plane , describing a pattern depending on the numerical model.
  • the plane is for example perpendicular to the axis of propagation Z.
  • the interaction of the laser beam 12 with the powder 15 generates a selective fusion of the latter, followed by a solidification, resulting in the formation of a layer 20i.. .20 n .
  • a layer is covered with powder of the filler metal and another layer is formed, superimposed on the previously produced layer.
  • the thickness of the powder forming one or each layer can for example be between 10 and 250 ⁇ m.
  • an increase in the layer thickness can be beneficial in order to limit the sensitivity to cracking of the alloy during the manufacture of the part and/or during the post-manufacture heat treatment.
  • An increase in the layer thickness is preferably accompanied by an adaptation of the laser power, of the vector deviation (distance between two successive laser passes) and/or of the scanning speed of the laser in order to ensure a complete fusion of each layer of powder in optimal conditions.
  • the thickness of each layer can be, for example, from 10 to 250 ⁇ m, preferably from 30 to 250 ⁇ m, preferably from 50 to 200 ⁇ m, preferably from 60 to 180 ⁇ m, preferably from 80 to 180 ⁇ m, from preferably 90 to 170 ⁇ m, preferably 100 to 160 ⁇ m.
  • the support 10 forms a plate, on which layers of powder are successively deposited.
  • the support comprises a heating means, allowing preheating of the powder prior to exposure to the laser beam 12, at a preheating temperature T determined beforehand.
  • the heating means also makes it possible to maintain the layers produced at the temperature T.
  • the heating means can comprise resistors or induction heating, or by another method of heating the powder bed: elements heaters around the powder bed or above the powder bed.
  • the heating elements can be heating lamps, or a laser.
  • the sphericity of a powder can for example be determined using a morphogranulometer
  • the flowability of a powder can for example be determined according to the ASTM B213 standard or the ISO 4490:2018 standard. According to the ISO 4490:2018 standard, the flow time is preferably less than 50 seconds;
  • the porosity preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 2%, even more preferably 0 to 1% by volume.
  • the porosity can in particular be determined by electronic scanning microscopy or by helium pycnometry (see standard ASTM B923);
  • the powder can be obtained for example by atomization by gas jet, plasma atomization, atomization by water jet, atomization by ultrasound, atomization by centrifugation, electrolysis and spheroidization, or grinding and spheroidization.
  • the powder according to the present invention is obtained by gas jet atomization.
  • the gas jet atomization process begins with the pouring of molten metal through a nozzle.
  • the molten metal is then hit by jets of neutral gases, such as nitrogen or argon, possibly accompanied by other gases, and atomized into very small droplets which cool and solidify as they fall inside. of an atomization tower.
  • the powders are then collected in a can.
  • the gas jet atomization process has the advantage of producing a powder having a spherical shape, unlike water jet atomization which produces a powder having an irregular shape.
  • Another advantage of gas jet atomization is a good powder density, in particular thanks to the spherical shape and the particle size distribution. Yet another advantage of this method is a good reproducibility of the particle size distribution.
  • the powder according to the present invention can be steamed, in particular in order to reduce its humidity.
  • the powder can also be packaged and stored between its manufacture and its use.
  • FIG. 2 shows for example the appearance of a crack on a part formed from an aluminum alloy comprising Zr according to a mass fraction of the order of 1%.
  • the crack is surrounded by a circle in the figure.
  • the aluminum part had been manufactured by LPBF, the powder having been preheated to 200°C, the manufacture having been followed by a post-manufacturing heat treatment at a temperature of 300°C for two hours. The crack appeared following the post-fabrication heat treatment.
  • the inventors estimate that the crack is probably linked to the preheating temperature of the powder, which is not optimal.
  • the temperature of the powder bed is generally between 150°C and 200°C.
  • the layers formed by the additive manufacturing process can be subjected to such a temperature range for a long period of time, possibly exceeding several hours. These conditions are considered to promote cracking.
  • the inventors consider that it is necessary to avoid preheating the powder to temperatures ranging from 160° C. to 290° C.
  • the preheating of the powder bed can be carried out at a temperature lower than or equal to 140°C, or, better still, lower than or equal to 130°C.
  • the preheat temperature is higher than the ambient temperature.
  • the preferred preheating temperature ranges T of the powder bed are: 25°C ⁇ T ⁇ 150°C, preferably 50°C
  • ⁇ T ⁇ 150°C preferably 50°C ⁇ T ⁇ 140°C, preferably 60°C ⁇ T ⁇ 140°C, preferably 70°C
  • ⁇ T ⁇ 135°C preferably 80°C ⁇ T ⁇ 130°C.
  • the use of a post-manufacturing heat treatment makes it possible to create relaxation conditions making it possible to eliminate the residual stresses as well as a precipitation of hardening phases. Also referred to as thermal expansion.
  • the inventors have observed that it is preferable for the setpoint temperature T' of the post-manufacture heat treatment to be between 300° C. and 500° C., the duration of the post-manufacture heat treatment being adapted to the temperature used and the volume of the part: in general, the duration of the heat treatment post-fabrication is between 10 minutes and 50 hours.
  • a post-fabrication heat treatment temperature T′ of 300° C. to 400° C. is preferred.
  • the duration of the post-manufacture heat treatment is preferably between 30 minutes and 10 hours.
  • the rise in temperature, initiating the post-manufacturing heat treatment is preferably as fast as possible.
  • the rate of rise in temperature DT' (usually designated by those skilled in the art by "heating rate" in °C per minute or in °C per second) is preferably greater than 5°C per minute or greater than 10°C per minute, and more preferably greater than 20°C per minute and more preferably greater than 40°C per minute, and more preferably greater than 100°C per minute.
  • temperature rise is meant the rise in temperature to which the part is subjected during the post-manufacturing heat treatment. It seems optimal for the rise in temperature to be instantaneous, that is to say for the manufactured part to be subjected, from the start of the post-manufacturing heat treatment, to the setpoint temperature T′ of the post-manufacturing heat treatment.
  • An instantaneous rise in temperature can be obtained by placing the manufactured part in a hot oven, already brought to the setpoint temperature T′, or by rapid heating means of the fluidized bed or molten salt bath type. The rise in temperature can also be ensured by induction heating.
  • the temperature variation inside the part depends in particular on the heating medium (liquid or air or inert gas) as well as on the shape of the part.
  • the temperature in the thickness or at the surface of the part may be different. This is the reason why the rise in temperature mentioned above corresponds to the temperature outside the room.
  • the preheating temperature corresponds to the conditions under which effective expansion can be obtained.
  • the temperature range T can then be comprised from 300°C to 500°C. It is considered that at this temperature range, the manufacturing conditions of the part generate fewer residual stresses.
  • a post-manufacture expansion heat treatment as previously described is also relevant.
  • the post-manufacturing heat treatment can be replaced or supplemented by hot isostatic pressing, at a temperature between 300°C and 500°C.
  • the CIC treatment can in particular make it possible to further improve the elongation properties and the fatigue properties.
  • Hot isostatic pressing can be performed before, after, or instead of post-manufacturing heat treatment.
  • the CIC treatment can be carried out at a pressure of 500 to 3000 bars and for a duration of 0.5 to 10 hours.
  • the metal forming the powder 15 is an aluminum alloy comprising at least the following alloying elements:
  • These elements can make it possible to increase the mechanical resistance of the alloy by solid solution and/or by formation of dispersoids which can appear during the manufacture of the part and/or during post-manufacture heat treatments.
  • the elements, Zr, Sc, HF and Ti can also make it possible to control the granular structure during laser melting by promoting the appearance of equiaxed grains.
  • Mg optionally Mg, according to a mass fraction of less than 0.30%, preferably less than 0.10%, more preferably less than 0.05%;
  • This element can make it possible to increase the mechanical resistance of the alloy by solid solution. However, it can be sensitive to evaporation during laser melting, which can lead to the formation of fumes and instabilities of the melted zones. For these reasons, the addition of this element should be limited and preferably avoided. - optionally Zn, according to a mass fraction of less than 0.30%, preferably less than 0.10%, more preferably less than 0.05%;
  • This element can make it possible to increase the mechanical resistance of the alloy by solid solution. However, it can be sensitive to evaporation during laser melting, which can lead to the formation of fumes and instabilities of the melted zones. For these reasons, the addition of this element should be limited and preferably avoided.
  • These elements can make it possible to increase the mechanical resistance of the alloy by solid solution and/or by formation of dispersoids which can appear during the manufacture of the part and/or during post-manufacture heat treatments.
  • W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo and/or mischmetal optionally at least one element chosen from: W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo and/or mischmetal, according to a mass fraction less than or equal to 5.00%, preferably less than or equal to 3 % each, and less than or equal to 15.00%, preferably less than or equal to 12%, more preferably less than or equal to 5% in total;
  • - optionally at least one element chosen from: Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and/or Sn, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.3%, more preferably less than or equal to 0.1%, even more preferably less than or equal to 700 ppm each, and less than or equal to 2.00%, of preferably less than or equal to 1% in total;
  • - optionally Fe according to a mass fraction of 0.50 to 7.00%, preferably from 1.00 to 6.00% according to a first variant, or according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.3%, more preferably less than or equal to 0.1%, even more preferably less than or equal to 700 ppm according to a second variant;
  • This element can make it possible to increase the mechanical resistance of the alloy by solid solution and/or by formation of dispersoids which can form during the manufacture of the part and/or during post-manufacture heat treatments.
  • the Li can make it possible to increase the mechanical resistance of the alloy by solid solution. However, it can be sensitive to evaporation during laser melting, which can lead to the formation of fumes and instabilities of the melted zones. For these reasons, the addition of this element should be limited, preferably avoided.
  • the Ag can make it possible to increase the mechanical resistance of the alloy by solid solution and to facilitate the germination of other hardening precipitates, such as precipitates of the Al2Cu type for example.
  • other hardening precipitates such as precipitates of the Al2Cu type for example.
  • impurities according to a mass fraction of less than 0.05% each (ie 500 ppm) and less than 0.15% in total;
  • the metal 15 forming the powder is an aluminum alloy comprising at least the following alloying elements:
  • - Zr and at least one element chosen from: Ti, V, Sc, Hf, Er, Tm, Yb and Lu, according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30-2.5%, preferably 0.40-2.0%, more preferably 0.40-1.80%, even more preferably 0.50-1.60%, even more preferably 0.60-1.50%, even more preferably 0, 70-1.40%, even more preferably 0.80-1.20% in total, knowing that Zr represents from 10 to less than 100% of the ranges of percentages given above;
  • Mg optionally Mg, according to a mass fraction of less than 0.30%, preferably less than 0.10%, more preferably less than 0.05%;
  • Ni, Mn, Cr and/or Cu optionally at least one element chosen from: Ni, Mn, Cr and/or Cu, according to a mass fraction of 0.50 to 7.00%, preferably 1.00 to 6.00% each; preferably, according to a mass fraction of less than 25.00%, preferably less than 20.00%, more preferably less than 15.00% in total;
  • W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo and/or mischmetal optionally at least one element chosen from: W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo and/or mischmetal, according to a mass fraction less than or equal to 5.00%, preferably less than or equal to 3 % each, and less than or equal to 15.00%, preferably less than or equal to 12%, more preferably less than or equal to 5% in total;
  • - optionally at least one element chosen from: Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and/or Sn, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.3%, more preferably less than or equal to 0.1%, even more preferably less than or equal to 700 ppm each, and less than or equal to 2.00%, of preferably less than or equal to 1% in total;
  • - optionally Fe according to a mass fraction of 0.50 to 7.00%, preferably from 1.00 to 6.00% according to a first variant, or according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.3%, more preferably less than or equal to 0.1%, even more preferably less than or equal to 700 ppm according to a second variant;
  • the metal forming the powder 15 is an aluminum alloy comprising at least the following alloying elements:
  • - Zr according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30-2.50%, preferably 0.40-2.00%, more preferably 0.40-1.80%, even more preferably 0.50-1.60%, even more preferably 0.60-1.50%, even more preferably 0.70-1.40%, even more preferably 0.80-1.20;
  • Mg optionally Mg, according to a mass fraction of less than 0.30%, preferably less than 0.10%, more preferably less than 0.05%;
  • Ni, Mn, Cr and/or Cu optionally at least one element chosen from: Ni, Mn, Cr and/or Cu, according to a mass fraction of 0.50 to 7.00%, preferably 1.00 to 6.00% each; preferably, according to a mass fraction of less than 25.00%, preferably less than 20.00%, more preferably less than 15.00% in total;
  • Hf Hf
  • Ti Er, W, Nb, Ta, Y, Yb, Nd, Ce, Co, Mo, Lu, Tm, V and/or mischmetal, according to a lower mass fraction or equal to 5.00%, preferably less than or equal to 3% each, and less than or equal to 15.00%, preferably less than or equal to 12%, more preferably less than or equal to 5% in total;
  • - optionally at least one element chosen from: Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and/or Sn, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.3%, more preferably less than or equal to 0.1%, even more preferably less than or equal to 700 ppm each, and less than or equal to 2.00%, of preferably less than or equal to 1% in total;
  • - optionally Fe according to a mass fraction of 0.50 to 7.00%, preferably from 1.00 to 6.00% according to a first variant, or according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.3%, more preferably less than or equal to 0.1%, even more preferably less than or equal to 700 ppm according to a second variant;
  • the alloy according to the present invention comprises a mass fraction of at least 80%, more preferentially of at least 85% of aluminium.
  • the melting of the powder can be partial or total. Preferably 50 to 100% of the exposed powder melts, more preferably 80 to 100%.
  • the aluminum alloy comprises:
  • - Zr according to a mass fraction from 0.50 to 3.00%, preferably from 0.50 to 2.50%, preferably from 0.60 to 1.40%, more preferably from 0.70 to 1.30 %, even more preferably from 0.80 to 1.20%, even more preferably from 0.85 to 1.15%; even more preferably from 0.90 to 1.10%;
  • - optionally Fe according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30%; and preferably greater than or equal to 0.05, preferably greater than or equal to 0.10%;
  • Si optionally Si, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%;
  • the composition of mischmetal is generally around 45 to 50% cerium, 25% lanthanum, 15 to 20% neodymium and 5% praseodymium. According to one embodiment, the addition of La, Bi, Mg, Er, Yb, Y, Sc and/or Zn is avoided, the preferred mass fraction of each of these elements then being less than 0.05%, and preferably less than 0.01%.
  • the addition of Fe and/or Si is avoided.
  • these two elements are generally present in the alloys of common aluminum at contents as defined above.
  • the contents as described above can therefore also correspond to contents of impurities for Fe and Si.
  • the elements Ag and Li can act on the strength of the material by hardening precipitation or by their effect on the properties of the solid solution.
  • the alloy can also comprise at least one element for refining the grains, for example AITiC or AITÎB2 (for example in AT5B or AT3B form), according to an amount less than or equal to 50 kg/tonne, preferably less than or equal to 20 kg/ton, even more preferably less than or equal to 12 kg/ton each, and less than or equal to 50 kg/ton, preferably less than or equal to 20 kg/ton in total.
  • AITiC or AITÎB2 for example in AT5B or AT3B form
  • a heating construction plate or heating by a laser, by induction, by heating lamps or by heating resistors which can be placed below and/or inside build plate, and/or around the powder bed.
  • this laser is preferably defocused, and can be either co-axial with the main laser which is used for melting the powder, or separated from the main laser.
  • the method can be a construction method with a high deposition rate.
  • the deposition rate may for example be greater than 4 mm 3 /s, preferably greater than 6 mm 3 /s, more preferably greater than 7 mm 3 /s.
  • the deposition rate is calculated as the product between the scanning speed (in mm/s), the vector deviation (in mm) and the layer thickness (in mm).
  • the method can use a laser, and optionally several lasers.
  • suitable for structural hardening alloys solution treatment followed by quenching and tempering of the formed part and/or hot isostatic pressing can be carried out.
  • Hot isostatic pressing can in this case advantageously replace solution treatment.
  • the method according to the invention is advantageous because it preferably does not require any solution treatment followed by quenching. Dissolution can have a detrimental effect on the mechanical resistance in certain cases by participating in a coarsening of the dispersoids or of the fine intermetallic phases.
  • the quenching operation could lead to distortion of the parts, which would limit the primary advantage of using additive manufacturing, which is obtaining parts directly in their shape. final or near-final.
  • the method according to the present invention also optionally comprises a machining treatment, and/or a chemical, electrochemical or mechanical surface treatment, and/or a tribofinishing. These treatments can be carried out in particular to reduce the roughness and/or improve the resistance to corrosion and/or improve the resistance to the initiation of fatigue cracks.
  • the alloy used was an aluminum alloy comprising: Mn: 4% - Ni: 2.85% - Cu: 1.93% - Zr: 0.88%.
  • the composition was determined by ICP-MS (induced Coupled Plasma Mass Spectrometry: mass spectrometry coupled to an inductive plasma).
  • a powder was obtained by gas jet atomization (Argon). The particle size ranged essentially from 3 ⁇ m to 100 ⁇ m, with a D10 (10% fractile) of 27 ⁇ m, a D50 (median diameter) of 43 ⁇ m and a D90 (90% fractile) of 62 ⁇ m. From the powder, the specimens were formed using LPBF EOSM290 equipment (supplier EOS).
  • the operating parameters were: laser power: 370 W - scanning speed: 1400 mm/s - vector deviation 0.11 mm - thickness of each layer: 60 ⁇ m - heating temperature of the plate (temperature preheat): 100°C.
  • the specimens were placed on a plate 250 mm ⁇ 250 mm in size and 20 mm thick.
  • the test specimens were kept integral with the plate, the latter having been cut into portions of section 30 mm ⁇ 30 mm, of thickness 20 mm, each portion of the plate being connected to a test specimen. Part of the specimens, attached to a portion of the plate, was subjected to stress relief by post-manufacturing heat treatment.
  • Maintaining the specimens secured to the plate is a common practice of those skilled in the art, which, without being bound by theory, makes it possible not to relax the residual stresses induced by the process.
  • LPBF fabrication before post-fabrication heat treatment If the specimens had been separated from the platen before the post-fabrication heat treatment, then there could have been a distortion of the specimens, in particular in the case of a complex geometry.
  • the specimens were: - either placed in a hot oven, already brought to the expansion temperature: the rise in temperature is then considered to be instantaneous.
  • Table 1 represents the results obtained on eight test specimens. [Table 1]
  • the tests show that an instantaneous rise in temperature, obtained by placing the specimen in the furnace, already brought to the post-manufacturing heat treatment temperature, is optimal (absence of cracking) when the treatment temperature post-manufacturing temperature is greater than 300°C.
  • the comparison of tests 8 (gradual rise in temperature up to 300° C.) and 5 (instantaneous rise to the temperature of 300° C.) shows that it is preferable for the rise in temperature to be rapid, even instantaneous. Thus, to avoid the appearance of cracking during expansion, it is preferable for the temperature rise to be as rapid as possible.
  • SLS Selective Laser Sintering
  • SHS Selective Heat Sintering
  • EBM Electro Beam Melting
  • DED Direct Energy Deposition
  • DMD Direct Metal Deposition
  • DLD Direct Laser Deposition
  • LFMT - laser freeform manufacturing technology
  • LMD Laser Metal Deposition
  • CSC Cold Spray Consolidation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

Procédé de fabrication d'une pièce (20) comportant une formation de couches métalliques successives (201…20n), superposées les unes aux autres, chaque couche étant formée par le dépôt d'un alliage d'aluminium (15), l'alliage d'aluminium étant soumis à un apport d'énergie de façon à entrer en fusion et à former, en se solidifiant, ladite couche, le procédé étant caractérisé en ce que : - au cours de la fabrication de la pièce, avant la formation de chaque couche, la poudre d'alliage d'aluminium est maintenue à une température supérieure ou égale à 25°C et inférieure à 160°C ou comprise de 300°C à 500°C; - le procédé comporte une application, à la pièce, d'un traitement thermique post-fabrication à une température comprise de 300°C à 400°C; - le traitement thermique post-fabrication est initié par une montée en température, la température étant effectuée selon une montée en température supérieure à 5°C par minute; - le procédé ne comporte pas de traitement de mise en solution suivi d'une trempe.

Description

DESCRIPTION
Titre : Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium mettant en œuvre une technique de fabrication additive avec préchauffage. DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine technique de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, mettant en œuvre une technique de fabrication additive.
ART ANTERIEUR
Depuis les années 80, les techniques de fabrication additive se sont développées, qui consistent à mettre en forme une pièce par ajout de matière, à l'opposé des techniques d'usinage, visant à enlever de la matière. Autrefois cantonnée au prototypage, la fabrication additive est à présent opérationnelle pour fabriquer des produits industriels en série, y compris des pièces métalliques.
Le terme fabrication additive est défini selon la norme française XP E67-001 : "ensemble des procédés permettant de fabriquer, couche par couche, par ajout de matière, un objet physique à partir d'un objet numérique". La norme ASTM F2792-10 définit également la fabrication additive. Différentes modalités de fabrication additive sont aussi définies et décrites dans la norme ISO/ASTM 17296-1. Le recours à une fabrication additive pour réaliser une pièce en aluminium, avec une faible porosité, a été décrit dans le document W02015006447. L'application de couches successives est généralement réalisée par application d'un matériau dit d'apport, puis fusion ou frittage du matériau d'apport à l'aide d'une source d'énergie de type faisceau laser, faisceau électronique, torche plasma ou arc électrique. Quelle que soit la modalité de fabrication additive appliquée, l'épaisseur de chaque couche ajoutée est de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de microns. D'autres méthodes de fabrication additive sont utilisables. Citons par exemple, et de façon non limitative, la fusion ou le frittage d'un matériau d'apport prenant la forme d'une poudre. Il peut s'agir de fusion ou de frittage laser. La demande de brevet US20170016096 décrit un procédé de fabrication d'une pièce par fusion localisée obtenue par l'exposition d'une poudre à un faisceau d'énergie de type faisceau d'électrons ou faisceau laser, le procédé étant également désigné par les acronymes anglosaxons SLM, signifiant "Sélective Laser Melting" (fusion sélective laser) ou LPBF « Laser Powder Bed Fusion » (Fusion laser sur lit de poudre) ou EBM, signifiant "Electro Beam Melting". Lors de la mise en œuvre d'un tel procédé, pour former chaque couche, une fine couche de poudre est disposée sur un support, prenant par exemple la forme d'un plateau. La poudre forme ainsi un lit de poudre. Le faisceau énergétique effectue un balayage de la poudre. Le balayage est réalisé selon un modèle numérique prédéterminé. Le balayage permet la formation d'une couche par fusion/solidification de la poudre. Suite à la formation de la couche, cette dernière est recouverte d'une nouvelle épaisseur de poudre. Le processus de formation de couches successives, superposées les unes aux autres, est répété jusqu'à l'obtention de la pièce finale.
Les propriétés mécaniques des pièces d’aluminium obtenues par fabrication additive dépendent de l’alliage formant le métal d’apport, et plus précisément de sa composition ainsi que des traitements thermiques appliqués suite à la mise en oeuvre de la fabrication additive. On a par exemple montré que l'ajout d'éléments tels que Mn et/ou Ni et/ou Zr et/ou Cu peut permettre d'améliorer les propriétés mécaniques de la pièce résultant de la fabrication additive.
Généralement, lors de la mise en oeuvre d'un procédé de type LPBF, le lit de poudre, soumis à l'exposition au faisceau laser, est porté à une température de l'ordre de 200°C. La publication Buchbinder Damien et al “Investigation on reducing distortion by preheating during manufacture of aluminum components using sélective lase melting", Journal of laser applications 26.1 (2014), fait état de distorsions pouvant affecter les pièces fabriquées par un procédé de type LPBF. Ces distorsions sont dues à des contraintes résiduelles subsistant dans la pièce. La publication précitée indique qu'en préchauffant une poudre d'alliage d'aluminium à une température au-delà de 150°C, les distorsions peuvent être réduites, par rapport à un procédé mis en oeuvre sans préchauffage. Cette publication conclut que la température optimale de préchauffage de la poudre se situe à 250°C.
La plupart des dispositifs permettant la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication additive de type LPBF permettent d'effectuer un préchauffage de la poudre jusqu'à une température de l'ordre de 200°C.
Les inventeurs ont constaté que la température de préchauffage a une influence sur les propriétés de résistance à la fissuration de pièces fabriquées par fabrication additive, sur la base d'un alliage d'aluminium. En sélectionnant la température de préchauffage, et en mettant en oeuvre un traitement thermique post-fabrication approprié, la résistance à la fissuration peut être significativement améliorée. C'est l'objet de l'invention décrite ci-après.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention est un procédé de fabrication d’une pièce comportant une formation de couches métalliques successives, superposées les unes aux autres, chaque couche décrivant un motif défini à partir d'un modèle numérique, chaque couche étant formée par une exposition d'une poudre d'un alliage d'aluminium à un faisceau de lumière ou à un faisceau de particules chargées, de façon à entraîner une fusion de la poudre, suivie d'une solidification, le procédé étant caractérisé en ce que :
- au cours de la fabrication de la pièce, avant la formation de chaque couche, la poudre d'alliage d'aluminium est maintenue à une température supérieure ou égale à 25°C et inférieure à 160°C ou comprise de 300 à 500°C ;
- le procédé comporte une application, à la pièce, d'un traitement thermique post-fabrication à une température comprise de 300 à 400°C ;
- le traitement thermique post-fabrication est effectué en exposant la pièce à une montée en température supérieure à 5°C par minute, de façon à réduire les contraintes résiduelles dans la pièce et à limiter la formation de fissures ;
- le procédé ne comporte pas de traitement de mise en solution suivi d'une trempe.
La poudre est de préférence maintenue à une température comprise de 25 à 150°C, et encore de préférence de 80°C à 130°C, selon une première variante.
Lors du traitement thermique post-fabrication, la montée en température est de préférence supérieure à 10°C par minute ou supérieure à 20°C par minute ou supérieure à 40°C par minute ou supérieure à 100°C par minute. Lors du traitement thermique post-fabrication, la montée en température peut être instantanée.
Un autre objet de l'invention est une pièce en alliage d'aluminium formée à partir d'un procédé selon le premier objet de l'invention.
D’autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, et représentés sur les figures listées ci-dessous.
FIGURES
[Fig. 1] La figure 1 est un schéma illustrant un procédé de fabrication additive de type LPBF.
[Fig. 2] La figure 2 montre une image d'une pièce en alliage d'aluminium fabriquée par un procédé de fabrication LPBF et présentant une fissure au niveau d'un angle aigu.
[Fig. 3] La figure 3 illustre la forme d'éprouvettes fabriquées par un procédé de fabrication LPBF.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Dans la description, sauf indication contraire :
- la désignation des alliages d’aluminium est conforme à la nomenclature de The Aluminum
Association ; - les teneurs en éléments chimiques sont désignées en % et représentent des fractions massiques. La notation x % - y % signifie supérieur ou égal à x % et inférieur ou égal à y %.
Par impureté, on entend des éléments chimiques présents dans l'alliage de façon non intentionnelle. La figure 1 schématise le fonctionnement d'un procédé de fabrication additive de type fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Le métal d'apport 15 se présente sous la forme d'une poudre, en alliage d'aluminium, disposée sur un support 10. Une source d’énergie, en l’occurrence une source laser 11, émet un faisceau laser 12. La source laser est couplée au matériau d’apport par un système optique 13, dont le mouvement est déterminé en fonction d’un modèle numérique M. Le faisceau laser 12 se propage selon un axe de propagation Z, et suit un mouvement selon un plan XY, décrivant un motif dépendant du modèle numérique. Le plan est par exemple perpendiculaire à l’axe de propagation Z. L’interaction du faisceau laser 12 avec la poudre 15 engendre une fusion sélective de cette dernière, suivie d’une solidification, résultant en la formation d’une couche 20i...20n. Lorsqu'une couche a été formée, elle est recouverte de poudre 15 du métal d'apport et une autre couche est formée, superposée à la couche préalablement réalisée. L'épaisseur de la poudre formant une ou chaque couche peut par exemple être comprise de 10 à 250 pm.
Les inventeurs ont constaté qu'une augmentation de l'épaisseur de couche peut être bénéfique pour limiter la sensibilité à la fissuration de l'alliage pendant la fabrication de la pièce et/ou lors du traitement thermique post-fabrication. Une augmentation de l'épaisseur de couche est de préférence accompagnée par une adaptation de la puissance du laser, de l'écart vecteur (distance entre deux passes successives de laser) et/ou de la vitesse de balayage du laser afin d'assurer une fusion complète de chaque couche de poudre dans des conditions optimales. L'épaisseur de chaque couche peut être par exemple comprise de 10 à 250 pm, de préférence de 30 à 250 pm, de préférence de 50 à 200 pm, de préférence de 60 à 180 pm, de préférence de 80 à 180 pm, de préférence de 90 à 170 pm, de préférence de 100 à 160 pm.
Le support 10 forme un plateau, sur lequel des couches de poudre sont successivement déposées. Le support comporte un moyen de chauffage, permettant un préchauffage de la poudre préalablement à l'exposition au faisceau laser 12, à une température de préchauffage T préalablement déterminée. Le moyen de chauffage permet également de maintenir les couches fabriquées à la température T. Le moyen de chauffage peut comporter des résistances ou un chauffage par induction, ou par un autre mode de chauffage du lit de poudre : éléments chauffants autour du lit de poudre ou en dessus du lit de poudre. Les éléments chauffants peuvent être des lampes chauffantes, ou un laser.
La poudre peut présenter au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- Taille moyenne de particules de 5 à 100 pm, de préférence de 5 à 25 pm, ou de 20 à 60 pm. Les valeurs données signifient qu'au moins 80 % des particules ont une taille moyenne dans la gamme spécifiée ;
- Forme sphérique. La sphéricité d'une poudre peut par exemple être déterminée en utilisant un morphogranulomètre ;
- Bonne coulabilité. La coulabilité d'une poudre peut par exemple être déterminée selon la norme ASTM B213 ou la norme ISO 4490 :2018. Selon la norme ISO 4490 :2018, le temps d'écoulement est de préférence inférieur à 50 secondes ;
- Faible porosité, de préférence de 0 à 5 %, plus préférentiellement de 0 à 2 %, encore plus préférentiellement de 0 à 1 % en volume. La porosité peut notamment être déterminée par microscopie à balayage électronique ou par pycnométrie à l'hélium (voir la norme ASTM B923) ;
- Absence ou faible quantité (moins de 10 %, de préférence moins de 5 % en volume) de petites particules (1 à 20 % de la taille moyenne de la poudre), dites satellites, qui collent aux particules plus grosses.
La poudre peut être obtenue par exemple par atomisation par jet de gaz, atomisation plasma, atomisation par jet d'eau, atomisation par ultrasons, atomisation par centrifugation, électrolyse et sphéroïdisation, ou broyage et sphéroïdisation.
De préférence, la poudre selon la présente invention est obtenue par atomisation par jet de gaz. Le procédé d'atomisation par jet de gaz commence avec la coulée d'un métal fondu à travers une buse. Le métal fondu est ensuite atteint par des jets de gaz neutres, tels que de l’azote ou de l’argon, éventuellement accompagnés d'autres gaz, et atomisé en très petites gouttelettes qui se refroidissent et se solidifient en tombant à l’intérieur d'une tour d'atomisation. Les poudres sont ensuite recueillies dans une canette. Le procédé d'atomisation par jet de gaz présente l'avantage de produire une poudre ayant une forme sphérique, contrairement à l'atomisation par jet d'eau qui produit une poudre ayant une forme irrégulière. Un autre avantage de l'atomisation par jet de gaz est une bonne densité de poudre, notamment grâce à la forme sphérique et à la distribution de taille de particules. Encore un autre avantage de ce procédé est une bonne reproductibilité de la distribution de taille de particules.
Après sa fabrication, la poudre selon la présente invention peut être étuvée, notamment afin de réduire son humidité. La poudre peut également être conditionnée et stockée entre sa fabrication et son utilisation.
Les inventeurs ont mis en oeuvre un procédé de fabrication additive pour réaliser des pièces d'alliage d'aluminium. Cependant, les inventeurs ont observé que lorsque la poudre était préchauffée, à une température comprise de 160°C à 290°C, les pièces produites pouvaient présenter un risque de fissuration, en particulier au niveau d'angles aigus. La figure 2 montre par exemple une apparition d'une fissure sur une pièce formée à partir d'un alliage d'aluminium comportant Zr selon une fraction massique de l'ordre de 1 %. La fissure est entourée par un cercle sur la figure. La pièce d'aluminium avait été fabriquée par LPBF, la poudre ayant été préchauffée à 200°C, la fabrication ayant été suivie d'un traitement thermique post-fabrication à une température de 300°C durant deux heures. La fissure est apparue suite au traitement thermique post-fabrication.
Les inventeurs estiment que la fissure est probablement liée à la température de préchauffage de la poudre, non optimale. Selon les procédés de fabrication additive usuels, la température du lit de poudre est généralement comprise de 150°C à 200°C. Les couches formées par procédé de fabrication additive peuvent être soumises à une telle plage de température durant une longue période de temps, pouvant dépasser plusieurs heures. Ces conditions sont considérées comme favorisant la fissuration. Ainsi, les inventeurs considèrent que l'on doit éviter de préchauffer la poudre à des températures comprises de 160°C à 290°C.
Les inventeurs ont constaté que lorsque la température du lit de poudre, préchauffé, est inférieure à 160°C et de préférence supérieure à 30°C, les pièces présentent une meilleure résistance à la fissuration. De préférence, le préchauffage du lit de poudre peut être effectué à une température inférieure ou égale à 140°C, ou, mieux, inférieure ou égale à 130°C. La température de préchauffage est supérieure à la température ambiante. Les plages préférées de température de préchauffage T du lit de poudre sont : 25°C < T < 150°C, de préférence 50°C
< T < 150°C, de préférence 50°C < T < 140°C, de préférence 60°C < T < 140°C, de préférence 70°C
< T < 135°C, de préférence 80°C < T < 130°C.
Le recours à un traitement thermique post-fabrication, la fabrication étant réalisée par un procédé de fabrication additive, permet de créer des conditions de détente permettant d'éliminer les contraintes résiduelles ainsi qu'une précipitation de phases durcissantes. On parle également de détente thermique. Les inventeurs ont observé qu'il était préférable que la température de consigne T' du traitement thermique post-fabrication soit comprise de 300°C à 500°C, la durée du traitement thermique post-fabrication étant adaptée à la température mise en oeuvre et au volume de la pièce : d'une façon générale, la durée du traitement thermique post-fabrication est comprise de 10 minutes à 50 heures. Une température de traitement thermique post-fabrication T' comprise de 300°C à 400°C est préférée. A ces températures, la durée du traitement thermique post-fabrication est préférentiellement comprise de 30 minutes à 10 heures. Outre la température du traitement thermique post-fabrication, la montée en température, initiant le traitement thermique post-fabrication, est de préférence la plus rapide possible. Par exemple, au cours de la montée en température, la vitesse de montée en température DT' (usuellement désignée par l'homme du métier par « heating rate » en °C par minute ou en °C par seconde) est de préférence supérieure à 5°C par minute ou supérieure à 10°C par minute, et encore de préférence supérieure à 20°C par minute et plus avantageusement supérieure à 40°C par minute, et plus avantageusement supérieure à 100°C par minute. Par montée en température, on entend la montée en température à laquelle la pièce est soumise au cours du traitement thermique post-fabrication. Il semble optimal que la montée en température soit instantanée, c'est-à-dire que la pièce fabriquée soit soumise, dès le début du traitement thermique post-fabrication, à la température de consigne T' du traitement thermique post fabrication. Une montée en température instantanée peut être obtenue en plaçant la pièce fabriquée dans un four chaud, déjà porté à la température de consigne T', ou par un moyen de chauffage rapide de type lit fluidisé ou bain de sel fondu. La montée en température peut également être assurée par un chauffage par induction. Pour une même montée en température à l'extérieur de la pièce, la variation de température à l'intérieur de la pièce dépend notamment du milieu chauffant (liquide ou air ou gaz inerte) ainsi que de la forme de la pièce. En particulier, la température dans l'épaisseur ou à la surface de la pièce peut être différente. C'est la raison pour laquelle la montée en température précédemment évoquée correspond à la température à l'extérieur de la pièce. La combinaison d'une température de préchauffage T, d'une température de traitement thermique post fabrication T' et d'une vitesse de montée en température DT', lors de la montée en température du traitement thermique post-fabrication, dans les plages de valeurs précitées, permet l'obtention de pièces présentant une bonne résistance à la fissuration.
Selon une alternative, la température de préchauffage correspond aux conditions dans lesquelles une détente efficace peut être obtenue. La plage de température T peut alors être comprise de 300°C à 500°C. Il est considéré qu'à cette plage de température, les conditions de fabrication de la pièce engendrent moins de contraintes résiduelles. Selon cette alternative, un traitement thermique post-fabrication de détente tel que précédemment décrit est également pertinent. Selon une possibilité, le traitement thermique post-fabrication peut être remplacé ou complété par une compression isostatique à chaud, à une température comprise de 300°C à 500°C. Le traitement CIC peut notamment permettre d'améliorer en outre les propriétés d'allongement et les propriétés en fatigue. La compression isostatique à chaud peut être réalisée avant, après ou à la place du traitement thermique post-fabrication. Le traitement CIC peut être effectué à une pression de 500 à 3000 bars et pendant une durée de 0,5 à 10 heures.
Selon une première variante, le métal formant la poudre 15 est un alliage d'aluminium comprenant au moins les éléments d'alliage suivants :
- au moins un élément choisi parmi Zr, Sc, Hf, Ti, V, Er, Tm, Yb et/ou Lu, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence 0,30-2,50 %, préférentiellement 0,40-
2,00 %, plus préférentiellement 0,40-1,80 %, encore plus préférentiellement 0,50-1,60 %, encore plus préférentiellement 0,60-1,50 %, encore plus préférentiellement 0,70-1,40 %, encore plus préférentiellement 0,80-1,20 % au total ;
Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par formation de dispersoïdes qui peuvent apparaître lors de la fabrication de la pièce et/ou lors de traitements thermiques post-fabrication. Les éléments, Zr, Sc, HF et Ti peuvent permettre en outre de contrôler la structure granulaire lors de la fusion laser en favorisant l'apparition de grains équiaxes.
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
Cet élément peut permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide. Cependant, il peut être sensible à l'évaporation lors de la fusion laser, ce qui peut conduire à la formation de fumées et à des instabilités des zones en fusion. Pour ces raisons, l'ajout de cet élément est à limiter et de préférence à éviter. - optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
Cet élément peut permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide. Cependant, il peut être sensible à l'évaporation lors de la fusion laser, ce qui peut conduire à la formation de fumées et à des instabilités des zones en fusion. Pour ces raisons, l'ajout de cet élément est à limiter et de préférence à éviter.
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ni, Mn, Cr et/ou Cu, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % chacun ; de préférence, selon une fraction massique inférieure à 25,00 %, préférentiellement inférieure à 20,00 %, plus préférentiellement inférieure à 15,00 % au total ; Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par formation de dispersoïdes qui peuvent apparaître lors de la fabrication de la pièce et/ou lors de traitements thermiques post-fabrication.
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo et/ou du mischmétal, selon une fraction massique inférieure ou égale à 5,00 %, de préférence inférieure ou égale à 3 % chacun, et inférieure ou égale à 15,00 %, de préférence inférieure ou égale à 12 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 % au total ;
Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par formation de dispersoïdes qui peuvent apparaître lors de la fabrication de la pièce et/ou lors de traitements thermiques post-fabrication.
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et/ou Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1 % au total ;
Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par formation de dispersoïdes qui peuvent apparaître lors de la fabrication de la pièce et/ou lors de traitements thermiques post-fabrication.
- optionnellement Fe, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % selon une première variante, ou selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm selon une deuxième variante ;
Cet élément peut permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par formation de dispersoïdes qui peuvent se former lors de la fabrication de la pièce et/ou lors de traitements thermiques post-fabrication.
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ag selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % et/ou Li selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % ;
Le Li peut permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide. Cependant, il peut être sensible à l'évaporation lors de la fusion laser, ce qui peut conduire à la formation de fumées et à des instabilités des zones en fusion. Pour ces raisons, l'ajout de cet élément est à limiter, de préférence à éviter.
Le Ag peut permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et de faciliter la germination d'autres précipités durcissants, comme les précipités de type AI2Cu par exemple. - optionnellement des impuretés selon une fraction massique inférieure à 0,05 % chacune (soit 500 ppm) et inférieure à 0,15 % au total ;
- le reste étant de l'aluminium.
Selon une deuxième variante, le métal 15 formant la poudre est un alliage d’aluminium comprenant au moins les éléments d’alliage suivants :
- Zr et au moins un élément choisi parmi : Ti, V, Sc, Hf, Er, Tm, Yb et Lu, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence 0,30-2,5 %, préférentiellement 0,40- 2,0 %, plus préférentiellement 0,40-1,80 %, encore plus préférentiellement 0,50-1,60 %, encore plus préférentiellement 0,60-1,50 %, encore plus préférentiellement 0,70-1,40 %, encore plus préférentiellement 0,80-1,20 % au total, sachant que Zr représente de 10 à moins de 100 % des gammes de pourcentages données ci-avant ;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ni, Mn, Cr et/ou Cu, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % chacun ; de préférence, selon une fraction massique inférieure à 25,00 %, préférentiellement inférieure à 20,00 %, plus préférentiellement inférieure à 15,00 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo et/ou du mischmétal, selon une fraction massique inférieure ou égale à 5,00 %, de préférence inférieure ou égale à 3 % chacun, et inférieure ou égale à 15,00 %, de préférence inférieure ou égale à 12 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et/ou Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1 % au total ;
- optionnellement Fe, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % selon un première variante, ou selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm selon une deuxième variante ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ag selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % et/ou Li selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % ; optionnellement des impuretés selon une fraction massique inférieure à 0,05 % chacune (soit 500 ppm) et inférieure à 0,15 % au total ;
- le reste étant de l'aluminium.
Selon une troisième variante, le métal formant la poudre 15 est un alliage d’aluminium comprenant au moins les éléments d’alliage suivants :
- Zr, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence 0,30-2,50 %, préférentiellement 0,40-2,00 %, plus préférentiellement 0,40-1,80 %, encore plus préférentiellement 0,50-1,60 %, encore plus préférentiellement 0,60-1,50 %, encore plus préférentiellement 0,70-1,40 %, encore plus préférentiellement 0,80-1,20 ;
- Sc, selon une fraction massique inférieure à 0,30%, de préférence inférieure à 0,20 %, préférentiellement inférieure à 0,10%, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ni, Mn, Cr et/ou Cu, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % chacun ; de préférence, selon une fraction massique inférieure à 25,00 %, préférentiellement inférieure à 20,00 %, plus préférentiellement inférieure à 15,00 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Hf, Ti, Er, W, Nb, Ta, Y, Yb, Nd, Ce, Co, Mo, Lu, Tm, V et/ou du mischmétal, selon une fraction massique inférieure ou égale à 5,00 %, de préférence inférieure ou égale à 3 % chacun, et inférieure ou égale à 15,00 %, de préférence inférieure ou égale à 12 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et/ou Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1 % au total ;
- optionnellement Fe, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % selon un première variante, ou selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm selon une deuxième variante ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ag selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % et/ou Li selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % ; - optionnellement des impuretés selon une fraction massique inférieure à 0,05 % chacune (soit 500 ppm) et inférieure à 0,15 % au total ;
- le reste étant de l'aluminium.
De préférence, l'alliage selon la présente invention comprend une fraction massique d'au moins 80 %, plus préférentiellement d'au moins 85 % d'aluminium.
La fusion de la poudre peut être partielle ou totale. De préférence, de 50 à 100 % de la poudre exposée entre en fusion, plus préférentiellement de 80 à 100 %.
De préférence, selon un exemple particulier de l'invention, l'alliage d'aluminium comprend :
- Zr, selon une fraction massique de 0,50 à 3,00 %, de préférence de 0,50 à 2,50 %, préférentiellement de 0,60 à 1,40 %, plus préférentiellement de 0,70 à 1,30 %, encore plus préférentiellement de 0,80 à 1,20 %, encore plus préférentiellement de 0,85 à 1,15 % ; encore plus préférentiellement de 0,90 à 1,10 % ;
- Mn, selon une fraction massique de 1,00 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 %, préférentiellement de 2,00 à 5,00 % ; plus préférentiellement de 3,00 à 5,00 %, encore plus préférentiellement de 3,50 à 4,50 % ;
- Ni, selon une fraction massique de 1,00 à 6,00 %, de préférence de 1,00 à 5,00 %, préférentiellement de 2,00 à 4,00 %, plus préférentiellement de 2,50 à 3,50 % ;
- optionnellement Fe, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, de préférence inférieure ou égale à 0,30 % ; et de préférence supérieure ou égale à 0,05, préférentiellement supérieure ou égale 0,10 % ;
- optionnellement Si, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 % ;
- optionnellement Cu, selon une fraction massique de 1,00 à 5,00 %, de préférence de 1,00 à 3,00 %, préférentiellement de 1,50 à 2,50 %. Les éléments Hf, Ti, Er, W, Nb, Ta, Y, Yb, Nd, Ce, Co, Mo, Lu, Tm, V et/ou du mischmétal peuvent conduire à la formation de dispersoïdes ou de phases intermétalliques fines permettant d’augmenter la dureté du matériau obtenu. De manière connue de l'homme du métier, la composition du mischmétal est généralement d’environ 45 à 50 % de cérium, 25 % de lanthane, 15 à 20 % de néodyme et 5 % de praséodyme. Selon un mode de réalisation, on évite l'addition de La, Bi, Mg, Er, Yb, Y, Sc et/ou Zn, la fraction massique préférée de chacun de ces éléments étant alors inférieure à 0,05 %, et de préférence inférieure à 0,01 %.
Selon un autre mode de réalisation, on évite l'addition de Fe et/ou de Si. Cependant, il est connu de l'homme du métier que ces deux éléments sont généralement présents dans les alliages d'aluminium courants à des teneurs telles que définies ci-avant. Les teneurs telles que décrites ci-avant peuvent donc également correspondre à des teneurs d'impuretés pour Fe et Si.
Les éléments Ag et Li peuvent agir sur la résistance du matériau par précipitation durcissante ou par leur effet sur les propriétés de la solution solide.
Optionnellement, l'alliage peut également comprendre au moins un élément pour affiner les grains, par exemple AITiC ou AITÎB2 (par exemple sous forme AT5B ou AT3B), selon une quantité inférieure ou égale à 50 kg/tonne, de préférence inférieure ou égale à 20 kg/tonne, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 12 kg/tonne chacun, et inférieure ou égale à 50 kg/tonne, de préférence inférieure ou égale à 20 kg/tonne au total.
Il existe plusieurs moyens de chauffer l'enceinte de fabrication d'une pièce (et donc le lit de poudre) en fabrication additive. On peut citer par exemple l'utilisation d’un plateau de construction chauffant, ou alors un chauffage par un laser, par induction, par des lampes chauffantes ou par des résistances chauffantes qui peuvent être placées en-dessous et/ou à l'intérieur du plateau de construction, et/ou autour du lit de poudre. Dans le cas où on utilise un laser pour chauffer le lit de poudre, ce laser est de préférence défocalisé, et peut être soit co axial avec le laser principal qui sert pour la fusion de la poudre, soit séparé du laser principal.
Selon un mode de réalisation, le procédé peut être un procédé de construction avec un taux de dépose élevé. Le taux de dépose peut par exemple être supérieur à 4 mm3/s, de préférence supérieur à 6 mm3/s, plus préférentiellement supérieur à 7 mm3/s. Le taux de dépose est calculé comme le produit entre la vitesse de balayage (en mm/s), l'écart vecteur (en mm) et l'épaisseur de couche (en mm).
Selon un mode de réalisation, le procédé peut utiliser un laser, et optionnellement plusieurs lasers.
Selon un autre mode de réalisation, adapté aux alliages à durcissement structural, on peut réaliser une mise en solution suivie d'une trempe et d'un revenu de la pièce formée et/ou une compression isostatique à chaud. La compression isostatique à chaud peut dans ce cas avantageusement se substituer à la mise en solution. Cependant le procédé selon l'invention est avantageux car il ne nécessite de préférence pas de traitement de mise en solution suivi de trempe. La mise en solution peut avoir un effet néfaste sur la résistance mécanique dans certains cas en participant à un grossissement des dispersoïdes ou des phases intermétalliques fines. Par ailleurs, sur des pièces de forme complexe, l'opération de trempe pourrait conduire à une distorsion des pièces, ce qui limiterait l'avantage premier de l'utilisation de la fabrication additive, qui est l'obtention de pièces directement dans leur forme finale ou quasi-finale. Selon un mode de réalisation, le procédé selon la présente invention comporte en outre optionnellement un traitement d'usinage, et/ou un traitement de surface chimique, électrochimique ou mécanique, et/ou une tribofinition. Ces traitements peuvent être réalisés notamment pour réduire la rugosité et/ou améliorer la résistance à la corrosion et/ou améliorer la résistance à l'initiation de fissures en fatigue.
Optionnellement, il est possible de réaliser une déformation mécanique de la pièce, par exemple après la fabrication additive et/ou avant le traitement thermique post-fabrication. Optionnellement, il est possible de réaliser une opération d'assemblage avec une ou plusieurs autres pièces, par des méthodes d'assemblage connues. On peut citer par exemple comme méthode d'assemblage :
- boulonnage, rivetage ou d'autres méthodes d'assemblage mécanique ;
- soudage par fusion ;
- soudage par frottement ;
- brasage. ESSAIS EXPERIMENTAUX
On a formé plusieurs éprouvettes, selon la géométrie représentée sur la figure 3. Ces éprouvettes présentent un angle aigu, repéré par une flèche, formant un site propice à la formation de fissures.
L'alliage utilisé était un alliage d'aluminium comportant : Mn : 4 % - Ni : 2,85 % - Cu : 1,93 % - Zr : 0.88 %. La composition a été déterminée par ICP-MS (induced Coupled Plasma Mass Spectrometry : spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif). Une poudre a été obtenue par atomisation par jet de gaz (Argon). La taille des particules était essentiellement comprise de 3 pm à 100 pm, avec un D10 (fractile à 10 %) de 27 pm, un D50 (diamètre médian) de 43 pm et un D90 (fractile à 90%) de 62 pm. A partir de la poudre, les éprouvettes ont été formées en utilisant un équipement de LPBF EOSM290 (fournisseur EOS). Lors de la fabrication des éprouvettes, les paramètres de fonctionnement étaient : puissance laser : 370 W - vitesse de balayage : 1400 mm/s - écart vecteur 0,11 mm - épaisseur de chaque couche : 60 pm - température de chauffe du plateau (température de préchauffage) : 100°C. Au cours de la fabrication, les éprouvettes étaient disposées sur un plateau de dimension 250 mm x 250 mm, et d'épaisseur 20 mm. Après la fabrication, les éprouvettes ont été maintenues solidaires du plateau, ce dernier ayant été découpé par portions de section 30 mm x 30 mm, d'épaisseur 20 mm, chaque portion du plateau étant reliée à une éprouvette. Une partie des éprouvettes, solidaire d'une portion de plateau, a fait l'objet d'une détente par traitement thermique post-fabrication.
Le maintien des éprouvettes solidaires du plateau (ou plus précisément d'une portion de plateau) est une pratique courante de l'homme du métier, qui, sans être lié par la théorie, permet de ne pas relaxer les contraintes résiduelles induites par le procédé de fabrication LPBF avant le traitement thermique post-fabrication. Si les éprouvettes avaient été séparées du plateau avant le traitement thermique post-fabrication, alors il aurait pu y avoir une distorsion des éprouvettes, notamment dans le cas d'une géométrie complexe.
Lors du traitement thermique post-fabrication, les éprouvettes ont été : - soit disposées dans un four chaud, déjà porté à la température de détente : la montée en température est alors considérée comme instantanée.
- soit portées à la température de détente selon une montée en température de 1,6°C par minute.
Après la détente, les éprouvettes ont été séparées de leur portion de plateau respective et polies mécaniquement sur la face sur laquelle l'observation de la fissuration va être réalisée, tel qu'illustré sur la figure 3 (une flèche montre la face en question). On a mesuré la longueur totale d'une éventuelle fissure formée à partir de l'angle aigu. La longueur de la fissure a été mesurée à l'aide d'un microscope optique avec un grossissement x50.
Le tableau 1 représente les résultats obtenus sur huit éprouvettes. [Tableau 1]
Les essais montrent qu'une montée en température instantanée, obtenue par enfournement de l'éprouvette dans le four, déjà porté à la température du traitement thermique post fabrication, est optimale (absence de fissuration) lorsque la température du traitement thermique post-fabrication est supérieure à 300°C. La comparaison des tests 8 (montée progressive de température jusqu'à 300°C) et 5 (montée instantanée à la température de 300°C) montre qu'il est préférable que la montée en température soit rapide, voire instantanée. Ainsi, pour éviter l'apparition d'une fissuration lors de la détente, il est préférable que la montée en température soit la plus rapide possible.
D’autres procédés de fabrication additive, à base de poudres, sont par ailleurs envisageables, sans sortir du cadre de l'invention, par exemple, et de façon non limitative :
- frittage sélectif par laser (Sélective Laser Sintering ou SLS) ;
- frittage direct du métal par laser (Direct Métal Laser Sintering ou DMLS) ;
- frittage sélectif par chauffage (Sélective Heat Sintering ou SHS) ;
- fusion par faisceau d'électrons (Electron Beam Melting ou EBM) ;
- dépôt par fusion laser (Laser Melting Déposition) ;
- dépôt direct par apport d'énergie (Direct Energy Déposition ou DED) ;
- dépôt direct de métal (Direct Métal Déposition ou DMD) ;
- dépôt direct par laser (Direct Laser Déposition ou DLD) ;
- technologie de dépôt par Laser (Laser Déposition Technology) ;
- ingénierie de formes nettes par laser (Laser Engineering Net Shaping) ;
- technologie de plaquage par laser (Laser Cladding Technology) ;
- technologie de fabrication de formes libres par laser (Laser Freeform Manufacturing Technology ou LFMT) ;
- dépôt par fusion laser (Laser Métal Déposition ou LMD) ;
- pulvérisation à froid (Cold Spray Consolidation ou CSC) ;
- fabrication additive par friction (Additive Friction Stir ou AFS) ;
- frittage par étincelle au plasma ou frittage flash (Field Assisted Sintering Technology, FAST ou spark plasma sintering) ; ou
- soudage par friction rotative (Inertia Rotary Friction Welding ou IRFW).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une pièce (20) comportant une formation de couches métalliques successives (20i...20n), superposées les unes aux autres, chaque couche décrivant un motif défini à partir d'un modèle numérique, chaque couche étant formée par une exposition d'une poudre (15) d'un alliage d'aluminium à un faisceau de lumière (12) ou à un faisceau de particules chargées, de façon à entraîner une fusion de la poudre, suivie d'une solidification, le procédé étant caractérisé en ce que :
- au cours de la fabrication de la pièce, avant la formation de chaque couche, la poudre d'alliage d'aluminium est maintenue à une température (T) supérieure ou égale à 25°C et inférieure à 160°C ou comprise de 300 à 500°C;
- le procédé comporte une application, à la pièce (20), d'un traitement thermique post fabrication à une température (T) comprise de 300°C à 400°C ;
- le traitement thermique post-fabrication est effectué en exposant la pièce à une montée en température (DT') supérieure à 5°C par minute ; - le procédé ne comporte pas de traitement de mise en solution suivi d'une trempe.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la poudre est maintenue à une température (T) comprise de 25 à 150°C.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la poudre est maintenue à une température (T) comprise de 80°C à 130°C.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors du traitement thermique post-fabrication, la montée en température (DT') est supérieure à 10°C par minute ou supérieure à 20°C par minute ou supérieure à 40°C par minute.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lors du traitement thermique post-fabrication, la montée en température (DT') est instantanée.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte au moins les éléments d'alliage suivants :
- au moins un élément choisi parmi Zr, Sc, Hf, Ti, V, Er, Tm, Yb et/ou Lu, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence 0,30-2,50 %, préférentiellement 0,40- 2,00 %, plus préférentiellement 0,40-1,80 %, encore plus préférentiellement 0,50-1,60 %, encore plus préférentiellement 0,60-1,50 %, encore plus préférentiellement 0,70-1,40 %, encore plus préférentiellement 0,80-1,20 % au total ; - optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ni, Mn, Cr et/ou Cu, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % chacun ; de préférence, selon une fraction massique inférieure à 25,00 %, préférentiellement inférieure à 20,00 %, plus préférentiellement inférieure à 15,00 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo et/ou du mischmétal, selon une fraction massique inférieure ou égale à 5,00 %, de préférence inférieure ou égale à 3 % chacun, et inférieure ou égale à 15,00 %, de préférence inférieure ou égale à 12 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et/ou Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1 % au total ;
- optionnellement Fe, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % selon un première variante, ou selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm selon une deuxième variante ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ag selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % et/ou Li selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % ;
- optionnellement des impuretés selon une fraction massique inférieure à 0,05 % chacune (soit 500 ppm) et inférieure à 0,15 % au total ;
- le reste étant de l'aluminium.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte au moins les éléments d'alliage suivants :
- Zr et au moins un élément choisi parmi : Ti, V, Sc, Hf, Er, Tm, Yb et Lu, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence 0,30-2,5 %, préférentiellement 0,40- 2,0 %, plus préférentiellement 0,40-1,80 %, encore plus préférentiellement 0,50-1,60 %, encore plus préférentiellement 0,60-1,50 %, encore plus préférentiellement 0,70-1,40 %, encore plus préférentiellement 0,80-1,20 % au total, sachant que Zr représente de 10 à moins de 100 % des gammes de pourcentages données ci-avant ;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ni, Mn, Cr et/ou Cu, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % chacun ; de préférence, selon une fraction massique inférieure à 25,00 %, préférentiellement inférieure à 20,00 %, plus préférentiellement inférieure à 15,00 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : W, Nb, Ta, Y, Nd, Ce, Co, Mo et/ou du mischmétal, selon une fraction massique inférieure ou égale à 5,00 %, de préférence inférieure ou égale à 3 % chacun, et inférieure ou égale à 15,00 %, de préférence inférieure ou égale à 12 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et/ou Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1 % au total ;
- optionnellement Fe, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % selon un première variante, ou selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm selon une deuxième variante ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ag selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % et/ou Li selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % ;
- optionnellement des impuretés selon une fraction massique inférieure à 0,05 % chacune (soit 500 ppm) et inférieure à 0,15 % au total ;
- le reste étant de l'aluminium.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte au moins les éléments d'alliage suivants :
- Zr, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence 0,30-2,50 %, préférentiellement 0,40-2,00 %, plus préférentiellement 0,40-1,80 %, encore plus préférentiellement 0,50-1,60 %, encore plus préférentiellement 0,60-1,50 %, encore plus préférentiellement 0,70-1,40 %, encore plus préférentiellement 0,80-1,20 % ; - Sc, selon une fraction massique inférieure à 0,30%, de préférence inférieure à 0,20 %, préférentiellement inférieure à 0,10%, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ; - optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 0,30 %, préférentiellement inférieure à 0,10 %, plus préférentiellement inférieure à 0,05 % ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ni, Mn, Cr et/ou Cu, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % chacun ; de préférence, selon une fraction massique inférieure à 25,00 %, préférentiellement inférieure à 20,00 %, plus préférentiellement inférieure à 15,00 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Hf, Ti, Er, W, Nb, Ta, Y, Yb, Nd, Ce, Co, Mo, Lu, Tm, V et/ou du mischmétal, selon une fraction massique inférieure ou égale à 5,00 %, de préférence inférieure ou égale à 3 % chacun, et inférieure ou égale à 15,00 %, de préférence inférieure ou égale à 12 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 % au total ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Si, La, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et/ou Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1 % au total ;
- optionnellement Fe, selon une fraction massique de 0,50 à 7,00 %, de préférence de 1,00 à 6,00 % selon un première variante, ou selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,5 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,3 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm selon une deuxième variante ;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Ag selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % et/ou Li selon une fraction massique de 0,06 à 1,00 % ;
- optionnellement des impuretés selon une fraction massique inférieure à 0,05 % chacune (soit 500 ppm) et inférieure à 0,15 % au total ; - le reste étant de l'aluminium.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte au moins 80 % et de préférence au moins 85 % d'aluminium.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur de chaque couche est comprise de 10 à 250 pm, de préférence de 30 à 250 pm, de préférence de 50 à 200 pm, de préférence de 60 à 180 pm, de préférence de 80 à 180 pm, de préférence de 90 à 170 pm, de préférence de 100 à 160 pm.
11. Pièce en alliage d'aluminium formée à partir d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
EP22733191.5A 2021-05-28 2022-05-24 Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium mettant en oeuvre une technique de fabrication additive avec prechauffage Pending EP4347157A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE22733191.5T DE22733191T1 (de) 2021-05-28 2022-05-24 Verfahren zur herstellung eines aluminiumlegierungsteils unter implementierung einer technik zur generativen fertigung mit vorwärmung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2105626A FR3123235A1 (fr) 2021-05-28 2021-05-28 Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium mettant en œuvre une technique de fabrication additive avec préchauffage.
PCT/FR2022/050981 WO2022208037A1 (fr) 2021-05-28 2022-05-24 Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium mettant en œuvre une technique de fabrication additive avec prechauffage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4347157A1 true EP4347157A1 (fr) 2024-04-10

Family

ID=77411804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22733191.5A Pending EP4347157A1 (fr) 2021-05-28 2022-05-24 Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium mettant en oeuvre une technique de fabrication additive avec prechauffage

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20240227023A1 (fr)
EP (1) EP4347157A1 (fr)
JP (1) JP2024521805A (fr)
KR (1) KR20240014505A (fr)
CN (1) CN117396290A (fr)
CA (1) CA3219536A1 (fr)
DE (1) DE22733191T1 (fr)
FR (1) FR3123235A1 (fr)
WO (1) WO2022208037A1 (fr)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3019291A4 (fr) 2013-07-10 2017-03-01 Alcoa Inc. Procédés de production de produits forgés et d'autres produits travaillés
US20170016096A1 (en) 2015-07-16 2017-01-19 Hamilton Sundstrand Corporation Method of manufacturing aluminum alloy articles
JP6393008B1 (ja) * 2017-04-27 2018-09-19 株式会社コイワイ 高強度アルミニウム合金積層成形体及びその製造方法
FR3086872B1 (fr) * 2018-10-05 2022-05-27 C Tec Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
EP3965984A1 (fr) * 2019-05-06 2022-03-16 EOS GmbH Electro Optical Systems Alliages métalliques présentant une aptitude au traitement améliorée pour un frittage laser direct sur métal
FR3110097B1 (fr) * 2020-05-13 2022-11-18 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
FR3110095B1 (fr) * 2020-05-13 2022-11-11 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
CN111593234B (zh) * 2020-07-10 2021-10-26 中南大学 一种激光增材制造用铝合金材料

Also Published As

Publication number Publication date
DE22733191T1 (de) 2024-06-20
JP2024521805A (ja) 2024-06-04
US20240227023A1 (en) 2024-07-11
WO2022208037A1 (fr) 2022-10-06
CA3219536A1 (fr) 2022-10-06
KR20240014505A (ko) 2024-02-01
FR3123235A1 (fr) 2022-12-02
CN117396290A (zh) 2024-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3914746B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
EP3622095B1 (fr) Piece en alliage d&#39;aluminium et son procédé de fabrication
EP3860788B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une piece en alliage d&#39;aluminium et une poudre d&#39;alliage d&#39;aluminium
EP3821047A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
EP3860787B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
EP3924124B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
FR3110095A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
WO2020165543A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
FR3083478A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une piece en alliage d&#39;aluminium
EP4149703B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
FR3082763A1 (fr) Procede de fabrication d une piece en alliage d aluminium
WO2020095009A2 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
EP4347157A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une piece en alliage d&#39;aluminium mettant en oeuvre une technique de fabrication additive avec prechauffage
EP4061563B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
FR3139018A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en alliage d&#39;aluminium
WO2023237844A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une piece en alliage d&#39;aluminium

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231212

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R210

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)