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Des rayons X pour une fabrication additive métallique sans faille, à l’université Stanford

Des rayons X pour une fabrication additive métallique sans faille, à l’université Stanford

by Gaëtan Lefèvre21 février 2018
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Les scientifiques du SLAC National Accelerator Laboratory, de l’université Stanford en Californie, expérimentent l’utilisation de rayons X pour observer et comprendre les processus de fabrication additive métallique. Les travaux se déroulent au laboratoire Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), en collaboration avec des scientifiques du laboratoire Lawrence Livermore National (LLNL) et du laboratoire Ames.

À travers ces recherches, les scientifiques ont pour objectif de produire des pièces métalliques plus fiables et plus économiques, et ainsi éviter la production de pièces défectueuses, que ce soit pour le secteur aéronautique ou pour le secteur automobile. La fabrication additive métallique ayant tendance à laisser des défauts dans les produits finis, l’utilisation des rayons X limiterait le besoin de tester les pièces imprimées et réduirait donc les coûts de production.

Des rayons X pour déterminer les points de faiblesse

Dans le cadre de ces expériences aux rayons X, le SLAC National Accelerator Laboratory étudie tous les processus : les réactions selon les différents métaux, la température du laser ou encore la vitesse de refroidissement du métal, afin de trouver la meilleure combinaison à l’élimination des points de faiblesse créés lors de l’impression, au contrôle de la microstructure et à termes, à la fabrication de pièces métalliques plus solides.

« Nous fournissons une recherche fondamentale en physique qui nous aidera à identifier les aspects de l’impression 3D métallique les plus importants », explique Chris Tassone, scientifique à la Division Science des matériaux du SSRL.

Deux méthodes de radiographie sont actuellement utilisées : la première permet de générer des images (au micron près) couche par couche ; la seconde analyse la structure atomique du métal pendant les périodes de chauffage et de refroidissement de la matière. Depuis peu, et ce grâce aux rayons X, les chercheurs sont parvenus à déterminer précisément la cause des points de faiblesse créés lors d’une impression 3D métallique.

Johanna Nelson Weker, chercheuse du SLAC (au premier plan), mène une étude sur la fabrication additive métallique au Stanford Synchrotron Radiation Lightsource du SLAC, en compagnie des chercheurs Andrew Kiss et Nick Calta.
Crédits : SLAC / Stanford University

Fabrication par dépôt d’énergie et utilisation de caméras haute vitesse

Jusqu’à présent, les chercheurs se sont principalement penchés les processus par frittage de poudre, mais ils devraient également étudier la fabrication par dépôt d’énergie (DED – « directed energy deposition »), particulièrement utilisé dans le cadre de réparations de pièces métalliques.

L’utilisation de caméras haute vitesse est également envisagée. Elle permettrait la collecte de photos et de vidéos lors du processus de fabrication. « Nous souhaitons que les personnes puissent relier ce qu’ils voient sur leurs caméras avec ce que nous mesurons. Ils pourront en déduire ce qui se passe sous la surface métallique. Nous voulons donner un sens à nos recherches », explique Johanna Nelson Weker, collaboratrice scientifique à la Division sciences des matériaux du SSRL.

Impression dans une chambre à rayon X

Impression 3D, en temps réel, d’une métallique dans une chambre à rayons X, au sein du laboratoire Lawrence Livermore National.

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Gaëtan Lefèvre

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