Introduction à l'impression 3D de l'Inconel

L'Inconel est un superalliage nickel-chrome qui peut être imprimé en 3D à l'aide de divers procédés de fabrication additive métallique. Ce guide fournit une vue d'ensemble détaillée de l'impression 3D de l'Inconel, y compris les technologies applicables, les propriétés des matériaux, les applications, les considérations, et plus encore.

Introduction à la Impression 3D Inconel

L'Inconel désigne une famille de superalliages à base de nickel et de chrome présentant une grande solidité, une résistance à la corrosion et une résistance à la chaleur. Les propriétés clés qui rendent l'Inconel adapté à l'impression 3D sont les suivantes :

• Résistance à haute température et résistance au fluage
• Résistance à l'oxydation et à la corrosion
• Bonnes propriétés mécaniques
• Soudabilité et ouvrabilité
• Disponible sous forme de poudre pour les processus d'AM des métaux

Les variantes d'alliages d'Inconel comme l'Inconel 718 et 625 sont largement utilisées dans les moteurs aérospatiaux, les turbines à gaz, les réacteurs nucléaires et d'autres applications exigeantes. La fabrication additive permet d'obtenir des pièces complexes et optimisées en Inconel pour améliorer les performances.

Ce guide couvre les nuances d'Inconel pour l'AM, les procédés applicables, les paramètres, les propriétés, les applications, le post-traitement, les coûts et les comparaisons.

Nuances d'alliage d'Inconel pour l'impression 3D

Les principaux superalliages Inconel qui peuvent être imprimés en 3D sont les suivants :

Grades d'Inconel pour AM

Alliage	Composition	Propriétés principales
Inconel 718	Ni, Cr, Fe, Nb, Mo	Résistance, ténacité, soudabilité
Inconel 625	Ni, Cr, Mo, Nb	Résistance à la corrosion, résistance à la fatigue
Inconel 939	Ni, Co, Cr, W, Nb, Ti	Dureté à chaud, résistance au fluage
Inconel X-750	Ni, Cr, Fe, Ti, Al	Résistance à l'oxydation à haute température

• L'Inconel 718 est la nuance la plus largement imprimée en 3D en raison de sa résistance optimale et de son coût.
• L'Inconel 625 offre la meilleure résistance à la corrosion et convient aux applications marines.
• L'Inconel X-750 résiste à des températures extrêmes allant jusqu'à 700°C.
• Les qualités sont optimisées pour des conditions de fonctionnement et des exigences spécifiques.
• Des alliages d'Inconel sur mesure peuvent également être formulés et imprimés en 3D.

Procédés d'impression 3D pour l'Inconel

L'Inconel peut être imprimé à la fois par fusion sur lit de poudre et par dépôt d'énergie dirigée :

Processus d'impression 3D de l'Inconel

Processus	Méthodes	Description
Fusion de lits de poudre	DMLS, SLM, EBM	Le lit de poudre est sélectivement fondu par laser ou faisceau d'électrons.
Dépôt d'énergie dirigée	LENS, dépôt de plasma métallique, fil-arc AM	Une source de chaleur focalisée fait fondre la poudre ou le fil métallique

• Les procédés sur lit de poudre tels que DMLS et EBM sont les plus courants pour l'impression de l'Inconel.
• Les méthodes DED telles que LENS sont utilisées pour les réparations et les grandes pièces de forme proche du filet.
• Les paramètres du procédé doivent être optimisés pour chaque alliage d'Inconel spécifique.
• Il est recommandé de procéder à un traitement ultérieur tel qu'un traitement thermique de détente.

Propriétés de Inconel imprimé en 3D

L'Inconel imprimé en 3D présente les propriétés suivantes :

Propriétés de l'Inconel pour l'impression 3D

Propriété	Valeurs typiques
Densité	8,19 g/cm3
Résistance à la traction	1000-1300 MPa
Limite d'élasticité	500-1100 MPa
Allongement à la rupture	10-40%
Point de fusion	1350-1430°C
Conductivité thermique	11-20 W/mK
Résistance à la corrosion	Excellent dans divers environnements
Résistance à la chaleur	Excellent jusqu'à 700°C

• Les propriétés mécaniques sont égales ou supérieures à celles de l'Inconel fabriqué traditionnellement.
• Les microstructures solidifiées de manière directionnelle présentent des propriétés anisotropes.
• Le post-traitement tel que le HIP améliore la densité, la ductilité et l'isotropie.
• Les propriétés dépendent considérablement des paramètres du processus d'impression 3D.

Applications de l'Inconel imprimé en 3D

Les principales industries qui utilisent des pièces en Inconel fabriquées de manière additive sont les suivantes :

Applications d'impression 3D de l'Inconel

L'industrie	Utilisations
Aérospatiale	Aubes de turbines, pièces de moteurs, tuyères, chambres de poussée
Pétrole et gaz	Vannes, composants de têtes de puits, réservoirs sous pression
Nucléaire	Internes du réacteur, échangeurs de chaleur
Automobile	Roues de turbocompresseur, composants d'échappement
Chimique	Pompes, vannes, cuves de réaction
Médical	Implants, instruments chirurgicaux

• L'aérospatiale est le plus grand utilisateur de composants en superalliages critiques pour le vol.
• Le pétrole et le gaz tirent parti de la résistance à haute température pour l'équipement des puits.
• L'industrie nucléaire l'utilise pour résister à la corrosion radioactive.
• Les applications sportives automobiles tirent parti de géométries légères et optimisées.
• Le secteur médical tire parti de la biocompatibilité pour les implants et les instruments.

Avantages de l'impression 3D de l'Inconel par rapport à la fabrication traditionnelle

Principaux avantages de l'impression 3D de l'Inconel par rapport aux méthodes conventionnelles :

Impression 3D ou moulage/usinage

• Liberté de produire des géométries complexes et organiques impossibles à réaliser autrement
• Capacité à optimiser et à combiner des pièces pour obtenir des gains de poids et de performance
• Réduction des délais et des coûts pour la production de petits lots
• Prise en compte des contraintes liées à l'outillage et au montage des méthodes soustractives
• Permet des gradations fonctionnelles et l'optimisation de la topologie
• Réduction des déchets de matériaux grâce à des conceptions optimisées
• Production à la demande, en flux tendu, à proximité du point d'utilisation

Analyse des coûts de l'Inconel imprimé en 3D

Les coûts d'impression 3D de l'Inconel varient en fonction :

Inducteurs de coûts

• Achat d'une machine AM, coûts d'exploitation
• Coût de la poudre d'Inconel (~$100-200/kg)
• Main-d'œuvre pour la conception, l'impression et le post-traitement
• Volume de production
• Taille des pièces et complexité de la géométrie
• Exigences en matière de post-traitement

Gamme de coûts des pièces typiques

• $50 - $500 par kg de pièces imprimées
• Petites pièces ~ $100 - $5000
• Les composants aérospatiaux complexes de plus grande taille peuvent coûter $15 000+.

Les défis de Impression 3D Inconel

Les défis posés par l'Inconel AM sont notamment les suivants

• Coût élevé des matériaux pour la poudre d'Inconel
• Contrôle des contraintes résiduelles
• Exigences en matière de pressage isostatique à chaud (HIP)
• Rugosité de surface élevée nécessitant un usinage important
• Nombre limité de fournisseurs d'équipements d'AM compétents
• Optimisation des paramètres du procédé pour chaque nuance d'alliage
• Garantir la répétabilité et les normes de qualité

Les progrès de la technologie de l'AM continuent d'améliorer l'imprimabilité, la finition de surface, les propriétés des matériaux et de réduire les coûts d'impression de l'Inconel.

Comparaison de l'Inconel avec d'autres matériaux pour l'impression 3D

Inconel et autres matériaux pour l'AM

Matériau	Pour	Cons
Alliages de titane	Densité plus faible, excellente résistance	Possibilité de températures plus basses
Aciers inoxydables	Coût, disponibilité	Résistance inférieure à celle de l'Inconel
Aciers à outils	Dureté, résistance à l'usure	Problèmes de fissuration
Chrome cobalt	Biocompatibilité	Résistance limitée aux hautes températures
Alliages d'aluminium	Coût et densité moindres	Résistance beaucoup plus faible

• L'Inconel offre la meilleure combinaison de résistance mécanique, de résistance à la chaleur et de résistance à la corrosion.
• Il est plus cher que les aciers inoxydables mais peut fonctionner à des températures beaucoup plus élevées.
• Le titane a un meilleur rapport résistance/poids mais une limite d'utilisation plus basse.
• Le choix dépend des exigences spécifiques de l'application.

Principaux enseignements sur l'impression 3D de l'Inconel

• Les superalliages Inconel nickel-chrome offrent une grande solidité et une grande résistance à la température.
• Les grades les plus utilisés sont l'Inconel 718, 625, X-750 qui peuvent être imprimés en 3D.
• Les principaux procédés sont la fusion sur lit de poudre, comme les méthodes DMLS/SLM et DED.

-Comparé favorablement et souvent plus performant que l'Inconel fabriqué traditionnellement.

• Les moteurs aérospatiaux et les réacteurs nucléaires sont des domaines d'application majeurs.
• Les coûts varient de $50 à 500 par kg pour l'impression, en fonction de facteurs tels que la taille.
• Les progrès réalisés visent à faciliter l'impression, à améliorer les finitions et à élargir l'adoption.

FAQ

Q : À quoi sert l'Inconel dans l'impression 3D ?

R : L'Inconel est utilisé pour imprimer en 3D des composants de haute performance nécessitant une résistance à la chaleur pour les moteurs aérospatiaux, les turbines à gaz, les réacteurs nucléaires et d'autres applications.

Q : Quel est le meilleur procédé d'impression 3D pour l'Inconel ?

R : Les méthodes de fusion sur lit de poudre telles que DMLS et SLM sont les plus courantes pour l'impression des alliages d'Inconel. Mais les procédés DED tels que LENS offrent des avantages pour les grandes formes proches du réseau.

Q : L'Inconel imprimé en 3D nécessite-t-il un post-traitement ?

R : Oui, un post-traitement tel que le pressage isostatique à chaud (HIP) est recommandé pour réduire les contraintes internes et améliorer l'isotropie et les propriétés du matériau.

Q : L'Inconel imprimé en 3D est-il aussi résistant que l'Inconel corroyé ?

R : Oui, la fabrication additive peut produire des pièces en Inconel dont les propriétés mécaniques atteignent ou dépassent celles de l'Inconel corroyé fabriqué traditionnellement.

Q : Quelles sont les différences entre l'Inconel 718 et l'Inconel 625 ?

R : L'Inconel 718 offre de meilleures propriétés mécaniques globales, tandis que l'Inconel 625 offre une meilleure résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements marins.

Q : Est-il difficile d'imprimer en 3D de l'Inconel ?

R : L'Inconel peut être plus difficile à imprimer que des métaux comme l'aluminium ou le titane. Une optimisation minutieuse des paramètres de l'imprimante est nécessaire pour contrôler les contraintes résiduelles et les fissures.

Q : Quelle précision peut-on obtenir avec l'impression 3D d'Inconel ?

R : Une précision dimensionnelle d'environ ±0,1-0,2% est possible pour les pièces AM en Inconel, en fonction du processus utilisé. L'usinage peut encore améliorer la précision si nécessaire.

Q : L'Inconel imprimé est-il aussi solide que l'Inconel travaillé à chaud ?

R : Oui, les procédés de fusion sur lit de poudre permettent d'obtenir des microstructures fines dans l'Inconel, ce qui se traduit par des résistances comparables ou supérieures à celles des composants travaillés à chaud.

Q : Quelle finition de surface peut-on attendre des pièces AM en Inconel ?

R : La rugosité de la surface telle qu'elle est imprimée est généralement comprise entre 10 et 25 microns Ra. Un usinage et un polissage supplémentaires sont souvent nécessaires pour obtenir des finitions de surface plus fines.

en savoir plus sur les procédés d'impression 3D