L'Université de Sheffield utilise de solides

26 octobre 2022

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Des chercheurs du groupe Sheffield Titanium Alloy Research (STAR), qui fait partie de l'Université de Sheffield au Royaume-Uni, se sont associés à ECKART GmbH, Schluechtern, Allemagne, pour convertir les poudres d'alliage d'aluminium excédentaires de l'atomisation en matériau en feuille en deux étapes à l'état solide pour une utilisation dans applications aérospatiales. Le projet a combiné la technologie de frittage assisté sur le terrain (FAST) avec le laminage à chaud pour convertir les poudres d'alliage d'aluminium excédentaires de l'atomisation en matériau en feuille en deux étapes à l'état solide. Eckart a fourni la poudre d'alliage A20X utilisée par les chercheurs.

Les techniques de fabrication additive sont généralement promues comme ayant un gaspillage de matériau réduit par rapport à la métallurgie conventionnelle, mais la plage de taille des particules atomisées est souvent négligée en tant que problème. L'économie des entreprises exige que des processus alternatifs soient utilisés pour convertir ces poudres excédentaires en produits utiles, afin de garantir que le marché de la FA soit rentable et réponde aux objectifs de durabilité. Ce facteur clé informe le fondement de cette recherche.

La technologie de frittage assisté sur le terrain peut fournir une voie alternative de traitement à l'état solide pour consolider ces poudres excédentaires en billettes pour un traitement ultérieur. Cela permet la production de produits utiles à partir de cette matière première, tout en améliorant la durabilité au sein de la chaîne d'approvisionnement de la fabrication additive.

Ce projet va plus loin et combine FAST avec le laminage à chaud pour convertir les poudres d'alliage d'aluminium excédentaires de l'atomisation en matériau en feuille en deux étapes à l'état solide. FAST peut efficacement consolider la poudre en billettes entièrement denses, qui sont ensuite laminées à chaud en feuilles.

Grâce à des essais de traction, les résultats de ce projet ont révélé que les propriétés de sortie de ce processus étaient comparables à celles des matériaux conventionnels utilisés dans les applications aérospatiales.

Des recherches préexistantes axées sur le FAST des poudres métalliques ont aidé au développement de ce projet. Cela aurait stimulé un projet étudiant de dernière année - conçu par le Dr Simon Graham, associé de recherche MAPP - Future Manufacturing Hub et dirigé par Alicia Patel, étudiante en génie aérospatial BEng - après l'achèvement de cette recherche préliminaire, le projet a été développé dans un effort dirigé par le Dr Graham.

La recherche a également été éclairée par des travaux menés à Sheffield concernant le traitement de poudres de titane qui sont surdimensionnées pour la fabrication additive par fusion de lit de poudre par faisceau laser (PBF-LB), où les méthodes de croisement ont été identifiées comme étant pertinentes. Lors de l'examen de la littérature existante, on pense qu'un seul article a été publié, spécialisé dans l'aluminium pur laminé à chaud et produit RAPIDEMENT. Les recherches publiées précédemment sur l'alliage A20X n'ont pris en compte que les matériaux AM ou moulés.

La recherche aurait montré que FAST peut rapidement consolider les poudres d'alliage d'aluminium, y compris A20X, avec une large gamme de tailles de particules dans des matériaux entièrement denses. Les tôles A20X FAST de 80 mm de diamètre résultantes ont également été laminées à chaud avec succès à partir de leur épaisseur initiale de 15 mm jusqu'à une tôle de 2 mm, bien qu'une optimisation ultérieure soit nécessaire pour éviter les défauts de bord dans la tôle.

Certains matériaux A20X moulés conventionnels - avec les mêmes dimensions de départ - ont également été laminés à chaud dans les mêmes conditions. Les essais de traction ont montré que - avant et après le traitement thermique - le matériau FAST présentait des propriétés similaires à celles du moulage et était comparable à d'autres tôles d'aluminium utilisées dans les applications aérospatiales.

Ces découvertes ont été présentées par le Dr Simon Graham au World PM2022 dans un discours intitulé « Traitement à l'état solide des poudres d'alliage d'aluminium excédentaires grâce à une combinaison de la technologie de frittage assisté sur le terrain et du laminage à chaud ».

Le résultat de ce projet a démontré qu'il existe une voie de traitement viable pour convertir les poudres d'alliage excédentaires en matériau en feuille avec de bonnes propriétés mécaniques. Bien que les impacts positifs à long terme ne puissent pas être quantifiés à ce stade, il existe des impacts économiques clairs. Ces avantages économiques concernent de nouvelles sources de revenus pour les atomiseurs, ainsi qu'une réduction potentielle des coûts des poudres pour la fabrication additive.

Les prochaines étapes consistent à réaliser d'autres essais de laminage afin d'optimiser le traitement et de produire un produit en feuille de meilleure qualité. Ces feuilles peuvent également être étendues dans les phases de démarrage, dans le but de produire des feuilles plus grandes en sortie, ce qui démontre davantage les opportunités de mise à l'échelle. Le formage superplastique du matériau en feuille pourrait également être envisagé pour produire des composants de forme quasi nette.

www.sheffield.ac.uk

www.eckart-hydraulics.com

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