fabrication additive aluminium

L'aluminium est un matériau métallique de choix pour la fabrication additive, apprécié pour son rapport résistance/poids élevé, son excellente résistance à la corrosion, ses propriétés thermiques et ses performances mécaniques. En tant que fabrication additive aluminium et les capacités des imprimantes, de nouvelles applications de grande valeur dans les domaines de l'aérospatiale, de l'automobile, des produits de consommation et de l'architecture peuvent bénéficier de la production de pièces complexes en aluminium.

Cette vue d'ensemble présente les avantages des alliages d'aluminium courants utilisés dans les procédés d'AM tels que la fusion laser sur lit de poudre (PBF-LB) et le dépôt direct d'énergie (DED), ainsi que leurs propriétés correspondantes, les procédures de post-traitement, les applications et les principaux fournisseurs. Des tableaux comparatifs mettent en évidence les compromis entre les différents matériaux d'aluminium et les méthodes d'AM.

Vue d'ensemble de la fabrication additive en aluminium

Principaux avantages de l'aluminium pour les applications AM :

• Léger - la faible densité permet de réduire le poids de la pièce imprimée
• Haute résistance - de nombreux alliages d'aluminium ont une limite d'élasticité supérieure à 500 MPa.
• Excellente résistance à la corrosion - couche extérieure d'oxyde protectrice
• Conductivité thermique élevée - potentiel de dissipation de la chaleur
• Bonnes propriétés à température élevée - jusqu'à 300-400°C
• Conducteur électrique - utile pour les applications électroniques
• Faible coût - moins cher que le titane ou les alliages de nickel
• Recyclabilité - les poudres peuvent être réutilisées, ce qui permet de réduire les coûts des matériaux.

Associé à la liberté de conception de l'AM, l'aluminium permet d'obtenir des composants plus légers et plus performants dans tous les secteurs d'activité. Les perfectionnements apportés à la production de poudres d'aluminium permettent d'élargir les capacités de fabrication de pièces denses qui rivalisent avec la métallurgie du moulage et du corroyage.

Matériaux en poudre d'alliage d'aluminium pour l'AM

Les alliages d'aluminium optimisés pour la fabrication additive utilisent une production contrôlée de particules de poudre associée à des ajouts d'alliage intelligents pour améliorer les propriétés.

Compositions courantes d'alliages d'aluminium AM

Alliage	Si%	Fe%	Cu%	Mn%	Mg%	Autres
AlSi10Mg	9-11	<1	<0.5	<0.45	0.2-0.45	–
AlSi7Mg0,6	6-8	<1	<0.5	<0.45	0.55-0.6	–
Scalmalloy® (alliage d'aluminium)	4-6	0.1-0.3	<0,1	<0,1	0.4-0.7	Zr Sc
C35A	3-5	0.6	3.0-4.0	0.2-0.7	0.25-0.8	–
A20X	3-5	0.6	3.5-4.5	0.2-0.8	0.05-0.5	–

Le silicium est un renforçateur courant. Les oligo-éléments tels que Fe, Cu, Mg optimisent les propriétés. Des alliages uniques comme le Scalmalloy® utilisent des nanoparticules de précipité de scandium-zirconium pour obtenir des résistances ultra élevées dépassant celles des alliages corroyés.

Principales caractéristiques des alliages d'aluminium AM

Alliage	Résistance à la traction	Densité	Profondeur de pénétration de la couche
AlSi10Mg	400-440 MPa	2,67 g/cc	70-100 μm
AlSi7Mg0,6	420-500 MPa	2,66 g/cc	60-80 μm
Scalmalloy® (alliage d'aluminium)	Plus de 550 MPa	2,68 g/cc	50-70 μm

Des résistances plus élevées limitent la profondeur de la couche unique réalisable avant de nécessiter des cycles de refonte.

Spécifications pour fabrication additive aluminium

Les caractéristiques critiques des poudres, telles que la fluidité, la forme des particules et la pureté chimique, déterminent la qualité du traitement AM de l'aluminium.

Normes de distribution granulométrique pour la poudre d'aluminium

Mesures	Spécification typique
Gamme de tailles	15 - 45 μm
Forme des particules	Surtout sphérique
Taille médiane (D50)	25-35 μm

Le contrôle étroit de la distribution de la taille des particules, de la morphologie et des niveaux de contamination garantit des pièces imprimées denses et sans défaut.

Normes chimiques pour les poudres d'impression d'aluminium

Élément	Limite de composition
Oxygène (O2)	0,15% maximum
Azote (N2)	0,25% max
Hydrogène (H2)	0,05% max

Les limites imposées aux impuretés gazeuses permettent d'éviter les porosités importantes ou les vides internes dans les composants imprimés en aluminium.

Procédures de post-traitement pour les fabrication additive aluminium

Les méthodes courantes de post-traitement des pièces d'aluminium fabriquées par fabrication additive sont les suivantes :

Techniques de post-traitement de l'aluminium AM

Traitement thermique

Traitement thermique T6 - Cycles de chauffage et de vieillissement des solutions pour améliorer la résistance, la dureté et la ductilité. Essentiel pour obtenir les meilleures performances mécaniques avec de nombreux alliages d'aluminium.

Finition de surface

L'usinage, le microbillage ou le polissage des surfaces extérieures permettent d'obtenir une précision dimensionnelle et une finition de surface lisse. L'anodisation permet de colorer et de protéger les surfaces en aluminium.

HIP (pressage isostatique à chaud)

La température et la pression élevées minimisent les vides internes et la porosité. Utile pour les applications où les fuites sont critiques, mais il s'agit d'une étape supplémentaire du processus.

Usinage

Usinage CNC de caractéristiques telles que des surfaces de roulement de précision ou des filetages dans des pièces AM de forme nette. Jusqu'à 60% de réduction d'usinage par rapport à la fabrication traditionnelle.

Techniques de fabrication additive pour l'aluminium

Les imprimantes 3D métalliques modernes utilisent la fusion sélective par laser, les faisceaux d'électrons ou la projection de liant pour construire des composants complexes en aluminium impossibles à réaliser avec les méthodes conventionnelles.

Comparaison des procédés d'AM pour l'aluminium

Méthode	Description	Avantages	Limites
Fusion sur lit de poudre - Laser	Un laser fusionne sélectivement des zones d'un lit de poudre métallique	Bonne précision, propriétés des matériaux et finition de la surface	Des vitesses de construction relativement lentes
Fusion en lit de poudre - faisceau d'électrons	Fusion par faisceau d'électrons sous vide poussé	Excellente consistance, haute densité	Options limitées de matériaux, coût élevé de l'équipement
Dépôt direct d'énergie	Une source de chaleur concentrée fait fondre une poudre métallique pulvérisée	Composants plus importants, réparations	Mauvais état de surface, contraintes géométriques
Jetting de liant	Le liant est projeté pour joindre les particules de poudre	Des vitesses de construction très rapides, des coûts d'équipement réduits	Performance mécanique plus faible, frittage secondaire nécessaire

Les approches de lit de poudre basées sur le laser offrent les meilleures capacités globales pour la plupart des composants fonctionnels en aluminium aujourd'hui.

Applications des pièces AM en aluminium

La légèreté, la résistance élevée et les caractéristiques thermiques de l'aluminium AM permettent de répondre aux exigences de.. :

Industries utilisant des pièces en aluminium fabriquées par fabrication additive

Aérospatiale - supports, raidisseurs, échangeurs de chaleur, composants de drones

Automobile - supports personnalisés, groupes motopropulseurs, châssis et systèmes de transmission

Industriel - robotique légère et outillage, prototypage

Architecture - ornementation, art métallique personnalisé

Consommateur - électronique, produits personnalisés

L'AM de l'aluminium ouvre de nouvelles possibilités de conception, parfaites pour les applications complexes et critiques.

Fournisseurs de poudres d'impression d'aluminium

Les principaux fournisseurs de matériaux métalliques proposent des poudres d'alliage d'aluminium de haute pureté spécifiquement optimisées pour les processus de fabrication additive :

Principales entreprises de poudre d'aluminium

Entreprise	Nuances d'alliage courantes	Prix typique/Kg
AP&C	A20X, A205, alliages sur mesure	$55 – $155
Sandvik Osprey	AlSi10Mg, AlSi7Mg0.6, Scalmalloy®.	$45 – $220
Technologie LPW	AlSi10Mg, Scalmalloy®	$85 – $250
Praxair	AlSi10Mg, AlSi7Mg0,6	$50 – $120

Les prix varient en fonction du choix de l'alliage, des spécifications de la taille de la poudre, des quantités de lots et des certifications requises.

FAQ

Quel est l'alliage d'aluminium le mieux adapté à la fusion laser sur lit de poudre ?

AlSi10Mg offre la meilleure imprimabilité, les meilleures propriétés mécaniques et la meilleure résistance à la corrosion pour la plupart des applications d'impression 3D d'alliages d'aluminium sur lit de poudre laser.

Quelle est la distribution granulométrique recommandée pour les poudres d'aluminium AM ?

Une courbe gaussienne avec une taille moyenne entre 25-35 μm fournit une densité de lit de poudre optimale et un comportement de fusion uniforme avec la plupart des machines de fusion de lit de poudre laser courantes.

Pourquoi le Scalmalloy est-il considéré comme un alliage d'aluminium avancé ?

Scalmalloy tire parti d'une structure uniforme renforcée par précipitation pour obtenir une résistance inégalée tout en conservant une élongation et une résistance à la rupture décentes grâce à une nouvelle composition contenant du scandium que la métallurgie conventionnelle de l'aluminium ne permet pas d'obtenir.

Le traitement thermique doit-il être utilisé après la fabrication additive avec l'aluminium ?

Oui, le traitement thermique améliore la microstructure et les propriétés mécaniques de nombreux alliages d'aluminium AM. Un traitement T6 typique implique un chauffage en solution suivi d'un vieillissement artificiel, ce qui entraîne des améliorations significatives des propriétés grâce à des phénomènes de renforcement par précipitation.

Quelles sont les finitions de surface possibles pour les pièces en aluminium AM ?

Après quelques opérations d'usinage, de meulage, de ponçage et/ou de polissage, des valeurs de rugosité de surface (Ra) inférieures à 10 μm peuvent être atteintes pour les composants en aluminium fabriqués par fabrication additive, en fonction du processus AM utilisé. Une finition plus intensive peut permettre d'obtenir des surfaces miroirs de qualité optique. Les finitions courantes comprennent également l'anodisation pour améliorer les propriétés de corrosion ou d'usure, combinées à des options de coloration.

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