Poudre d'alliage de nickel pour l'impression 3D

Tout ce que vous devez savoir sur la poudre d'alliage de nickel pour l'impression 3D

poudre de graphite revêtue de nickel

Aperçu de la poudre d'alliage de nickel pour l'impression 3D

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additiveL'impression 3D a révolutionné la conception et la fabrication de produits dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile, la médecine et les biens de consommation. Contrairement à la fabrication soustractive traditionnelle qui enlève de la matière, l'impression 3D construit des composants couche par couche sur la base d'un modèle numérique en 3D.

L'une des technologies les plus populaires pour l'impression 3D de métaux est la fusion sur lit de poudre, où une source d'énergie thermique fusionne sélectivement des régions d'un lit de poudre. La liberté de conception inégalée, le rapport achat-vol et la production économique de pièces complexes ont conduit à une adoption massive des technologies de lit de poudre telles que la fusion sur lit de poudre. fusion sélective par laser (SLM), le frittage direct de métaux par laser (DMLS) et le frittage de métaux par laser (DMLS). fusion par faisceau d'électrons (EBM).

Les alliages de nickel constituent une classe de matériaux polyvalents dont les propriétés, telles que la solidité, la résistance à la corrosion et la résistance à la chaleur, en font des candidats idéaux pour l'impression 3D. Les poudres d'alliage de nickel les plus couramment utilisées dans la fusion sur lit de poudre comprennent les superalliages Inconel, les aciers inoxydables, les Hastelloys, les Nimonics, les Kovar, les Invar, les Monel, les alliages de nickel-titane et les superalliages à base de nickel.

Composition des poudres d'alliage de nickel

Les alliages de nickel tirent leurs propriétés de leur composition élémentaire et de leur microstructure. La teneur en nickel varie de 2% à 99% selon les alliages. Le nickel confère des propriétés telles que la résistance à la corrosion, la résistance à l'oxydation et la résistance à haute température. Les éléments d'alliage sont ajoutés pour améliorer les caractéristiques spécifiques en fonction de l'application.

Compositions de poudres d'alliages de nickel

Famille d'alliagesTeneur en nickelÉléments d'alliage
Inconel30-80%Cr, Mo, Nb, Ta, Al, Ti, Fe
Acier inoxydable2-20%Cr, Mo, Mn, Si, C
Hastelloy35-60%Mo, Cr, W, Fe, Co
NimonicPlus de 50%Cr, Ti, Al, Mo
Kovar17%Fe, Co, Mn, Si
Invar36%Fe
MonelPlus de 67%Cu, Fe, Mn, Si, C
Nickel-titane55% Ni, 45% Ti
Superalliages de nickelPlus de 50%Cr, Co, Mo, W, Ta, Al, Ti, Nb

La teneur en chrome des aciers inoxydables et des superalliages au nickel améliore la résistance à l'oxydation et à la corrosion. Le molybdène, le tungstène et le tantale améliorent la résistance au fluage et les propriétés mécaniques à haute température. Le fer contenu dans les alliages tels que le Kovar et l'Invar contrôle la dilatation thermique. L'aluminium, le titane et le niobium sont ajoutés pour le durcissement par précipitation. Le manganèse améliore la ductilité à chaud, tandis que le carbone renforce la résistance et la dureté. Le silicium améliore la fluidité et la soudabilité.

Comprendre comment l'alliage influence la formation de la microstructure et les propriétés permet de sélectionner le matériau optimal pour une application. Une caractérisation et une qualification correctes de la composition et de la qualité des poudres sont essentielles avant d'imprimer des composants critiques.

Les propriétés uniques des alliages de nickel imprimés à partir de poudres optimisées permettent de les utiliser dans diverses applications et dans des environnements extrêmes. Le tableau ci-dessous résume les propriétés générales des familles d'alliages les plus courantes.

Propriétés des familles de poudres d'alliage de nickel

Famille d'alliagesDensitéPoint de fusionRésistance à la tractionConductivité thermiqueDilatation thermiqueRésistance à l'oxydationRésistance à la corrosion
Inconel8,2-8,4 g/cc1300-1450°C750-1380 MPa11-16 W/mK12-16 μm/m°CExcellentExcellent
Acier inoxydable7,5-8,1 g/cc1375-1500°C450-1100 MPa15-30 W/mK10-18 μm/m°CBonBon-Excellent
Hastelloy8,1-9,2 g/cc1260-1350°C550-1000 MPa6-22 W/mK12-16 μm/m°CBon-ExcellentExcellent
Nimonic8,1-8,7 g/cc1260-1400°C500-1200 MPa10-30 W/mK12-17 μm/m°CBonBon
Kovar8,2 g/cc1450°C550 MPa17 W/mK5,9 μm/m°CPauvrePauvre
Invar8 g/cc1427°C200-450 MPa10,5 W/mK1,2 μm/m°CJusteJuste
Monel8,8 g/cc1350-1370°C550-950 MPa21-48 W/mK13-17 μm/m°CJusteExcellent
Nickel-titane6,4 g/cc1240-1310°C600-900 MPa8-18 W/mK11 μm/m°CJusteExcellent
Superalliages de nickel8-9 g/cc1260-1350°C750-1400 MPa11-61 W/mK12,5-17 μm/m°CBon-ExcellentMoyen-Bon

Le point de fusion élevé des alliages de nickel empêche la déformation des pièces pendant le traitement. Les niveaux de résistance sur une large plage de températures permettent des applications structurelles porteuses. Le contrôle de la dilatation thermique permet d'obtenir des composants de précision avec des tolérances serrées. L'excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation facilite l'utilisation dans des environnements difficiles tels que les milieux marins, chimiques, pétroliers et gaziers.

En adaptant la composition de la poudre et les paramètres du processus, les propriétés du matériau peuvent être optimisées en fonction des exigences de conception. Cependant, la nature anisotrope de la fabrication additive peut entraîner des propriétés dépendantes de la direction. Une conception adéquate et une assurance qualité sont essentielles pour obtenir les performances souhaitées.

La polyvalence des alliages de nickel leur permet d'être utilisés dans diverses applications dans les domaines de l'aérospatiale, de la défense, de l'automobile, de la marine, du pétrole et du gaz, du traitement chimique, de la production d'énergie, de la médecine, de l'outillage et d'autres domaines de l'ingénierie générale.

L'industrie Applications de la poudre d'alliage de nickel Familles

Famille d'alliagesApplications industrielles
InconelAérospatiale, défense, automobile, traitement chimique, pétrole et gaz, production d'énergie, fusée, missiles, nucléaire
Acier inoxydableAérospatiale, défense, automobile, médecine, marine, architecture, chimie, agroalimentaire, outillage, moules
HastelloyAérospatiale, défense, traitement chimique, contrôle de la pollution, production d'énergie, pétrole et gaz
NimonicAérospatiale, défense, production d'énergie, traitement chimique, outillage
KovarÉlectronique, semi-conducteurs, circuits intégrés, emballage
InvarÉlectronique, optique, instruments de précision, aérospatiale
MonelMarine, pétrole et gaz, traitement chimique, production d'électricité, pâte et papier
Nickel-titaneDispositifs médicaux, actionneurs, capteurs, aérospatiale, pétrole et gaz
Superalliages de nickelAérospatiale, défense, production d'énergie, pétrole et gaz, automobile, outillage

Voici quelques exemples de pièces en alliage de nickel produites par impression 3D :

  • Aérospatiale : Aubes de turbines, tuyères, chambres de combustion, vannes, supports, composants thermofluides
  • Automobile : Rotors de turbocompresseurs, collecteurs, soupapes, pièces de transmission
  • Médical : Implants, prothèses, instruments chirurgicaux, dispositifs spécifiques aux patients
  • Pétrole et gaz : Outils de fond de puits, vannes, composants de têtes de puits, raccords de tuyauterie
  • Outillage : Moules d'injection, matrices d'extrusion, gabarits et montages, outils de presse
  • Généralités : Échangeurs de chaleur, pièces pour le traitement des fluides, fixations, boîtiers, enceintes

Les excellentes propriétés des matériaux, les géométries complexes, les délais plus courts, les coûts réduits et la souplesse de conception que permet l'impression 3D des alliages de nickel en font une option très attrayante pour de nombreuses applications critiques.

Les poudres d'alliage de nickel sont disponibles dans le commerce dans différentes distributions de taille, morphologies et niveaux de qualité adaptés aux exigences de l'impression 3D. Les spécifications courantes sont indiquées ci-dessous :

Spécifications typiques des poudres d'alliage de nickel

PropriétéValeurs typiques
Composition de l'alliageAlliages sur mesure, qualité selon ASTM/ASME
Forme des particulesSphérique, quasi-sphérique
Taille des particules10-45 microns
Distribution de la taille des particulesD10 : 15-25 μm, D50 : 25-35 μm, D90 : 35-45 μm
Densité apparente2,5-5,5 g/cc
Densité du robinet4-8 g/cc
Capacité d'écoulementExcellent par débitmètre de Hall
Oxygène résiduel100-400 ppm
Azote résiduel50-150 ppm
Carbone résiduel100-300 ppm

La morphologie sphérique et la distribution étroite de la taille des particules avec des valeurs D10, D50 et D90 dans les plages idéales pour le processus d'impression spécifique permettent d'obtenir une bonne densité et de bonnes propriétés mécaniques. La grande fluidité évite l'agglomération de la poudre et les problèmes d'étalement lors du revernissage. La faible teneur en oxygène, azote et carbone résiduels minimise la contamination et la porosité.

La qualité de la poudre, les paramètres de taille et d'autres caractéristiques influencent considérablement les propriétés finales de la pièce et doivent correspondre aux exigences de l'imprimeur et de l'application. La plupart des fournisseurs proposent des compositions d'alliage personnalisées et l'optimisation des particules pour répondre aux spécifications de l'utilisateur.

Les méthodes de fabrication additive les plus courantes utilisées pour traiter les poudres d'alliage de nickel sont les suivantes :

Procédés d'impression des poudres d'alliages de nickel

MéthodeDescription
Fusion sélective par laser (SLM)Lit de poudre fusionné par un faisceau laser focalisé
Frittage direct de métaux par laser (DMLS)Similaire au SLM mais avec un laser de plus faible puissance
Fusion par faisceau d'électrons (EBM)Lit de poudre fusionné par faisceau d'électrons sous vide
Dépôt de métal par laser (LMD)Poudre injectée dans un bain de fusion créé par un laser
Dépôt d'énergie dirigée (DED)Similaire au LMD avec alimentation en poudre ou en fil
Jetting de liantAgent de liaison liquide imprimé sélectivement sur un lit de poudre

La SLM et la DMLS utilisent un laser à haute densité de puissance pour fondre entièrement la poudre de métal en pièces denses par couches. L'EBM utilise un faisceau d'électrons comme source d'énergie pour fabriquer des pièces sous vide. Le LMD à fil fait fondre le fil métallique entrant à l'aide d'un laser focalisé. Le jet de liant imprime un liant liquide pour former la pièce, suivi d'un frittage.

La technique spécifique choisie dépend de facteurs tels que la taille de la pièce, la complexité de la géométrie, l'état de surface, la résolution des caractéristiques, le taux de production et le coût. Chaque processus nécessite l'optimisation des réglages et des paramètres de l'imprimante en fonction de la composition de l'alliage de poudre.

Paramètres de traitement des poudres d'alliage de nickel

Les paramètres critiques de l'imprimante pour les alliages de nickel qui nécessitent une optimisation de la densité, de la résistance, de la précision et de la finition de surface sont les suivants :

Paramètres typiques du processus SLM/DMLS

ParamètresGamme typique
Épaisseur de la couche20-60 μm
Puissance du laser100-400 W
Vitesse de balayage400-1200 mm/s
Espacement des trappes80-200 μm
Taille du faisceau50-200 μm
Stratégie d'analyseÉchiquier, rayure, contour
Structure de soutienRégulier, fragmenté, hybride

Paramètres typiques du processus EBM

ParamètresGamme typique
Épaisseur de la couche50-200 μm
Puissance du faisceau d'électrons3-15 kW
Fonction de vitesse20-200 mm/s
Décalage de la ligne0,1-0,3 mm
Décalage de la mise au point15-35 mA
Stratégie d'analyseUnidirectionnel, bidirectionnel
Structure de soutienRégulier, lourd

La réduction de l'épaisseur de la couche et de la taille du faisceau, associée à des vitesses de balayage plus élevées, permet d'améliorer la résolution, la précision et l'état de surface. Les modèles de balayage en échecs ou en bandes sont couramment utilisés. Les contours du périmètre améliorent la qualité des bords. Des structures de support optimisées empêchent la déformation mais sont plus faciles à enlever. Le préchauffage et le recyclage des poudres peuvent améliorer la densité et la qualité du matériau.

La fabrication additive utilisant des poudres d'alliage de nickel optimisées offre de nombreux avantages par rapport à la fabrication traditionnelle :

  • Liberté de conception: Géométries complexes non réalisables par usinage
  • Réduction du poids: Des composants plus légers grâce à l'optimisation de la topologie
  • Consolidation partielle: Réduction de l'assemblage grâce à l'impression de formes complexes
  • Personnalisation: Dispositifs médicaux adaptés aux patients, outillage
  • Réduction des déchets: Seul le volume de matériau nécessaire est utilisé
  • Délai de livraison plus court: Semaines contre mois pour l'outillage de production
  • Flexibilité du processus: Itérations et optimisation aisées de la conception
  • Avantages en termes de performance: Forces anisotropes, caractéristiques intégrées
  • Réduction des coûts: Élimination des coûts d'outillage, production en faible volume
  • Taux d'achat par vol: Imprimer uniquement la pièce finale ou l'usiner à partir d'un bloc

L'impression 3D élargit l'enveloppe de conception et permet de créer de nouvelles pièces en alliage de nickel qui ne sont pas réalisables ou économiques avec les techniques conventionnelles. Elle révolutionne la production dans les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile et d'autres industries.

La plupart des grands fabricants de poudres métalliques proposent désormais une gamme de poudres d'alliages de nickel optimisées pour la fabrication additive. Parmi les principaux fournisseurs, on peut citer

Principaux fournisseurs de poudre d'alliage de nickel

FournisseurPrincipales qualités d'alliage
Met3DPInconel 625, 718, Hastelloy X, aciers inoxydables
SandvikAciers inoxydables, superalliages, alliages de titane Osprey
PraxairInconel 718, 625, Hastelloy X, aciers inoxydables
AP&CInconel 718, 625, aciers inoxydables
Technologie LPWInconel 718, aciers inoxydables, superalliages de nickel
Solutions SLMAcier inoxydable 316L, 17-4PH, superalliages de nickel
GE AdditiveAcier inoxydable 316L, Inconel 718, 625, Hastelloy

Les fournisseurs proposent différentes distributions de tailles, une excellente fluidité de la poudre, une faible teneur en oxygène et en humidité, une traçabilité des lots et des alliages sur mesure adaptés aux exigences des processus et des applications. La plupart d'entre eux fournissent une caractérisation spécialisée pour garantir une poudre de haute qualité constante.

Le coût moyen des poudres d'alliages de nickel courantes est résumé ci-dessous :

Coûts des poudres d'alliage de nickel

MatériauCoût par kg
Inconel 718$75-150
Inconel 625$60-120
Acier inoxydable 316L$35-70
Acier inoxydable 17-4PH$45-90
Hastelloy X$85-170
Superalliages de nickel$90-200

Les alliages à haute performance tels que l'Inconel 718 et l'Hastelloy X sont plus chers, tandis que les aciers inoxydables constituent généralement l'option la moins coûteuse. Cependant, le coût des matériaux n'est qu'une composante du coût total de la pièce. La valeur ajoutée apportée par la flexibilité de la conception, les avantages en termes de performances et la réduction des délais d'exécution compensent souvent les prix plus élevés des poudres pour la production de faibles volumes.

L'achat de poudre en grandes quantités permet de réduire les coûts. De nombreux fournisseurs proposent également des services de réutilisation et de recyclage de la poudre. Dans l'ensemble, l'acheteur doit évaluer le coût total, y compris la main-d'œuvre, le post-traitement, l'utilisation des matériaux, les propriétés mécaniques et d'autres facteurs lorsqu'il choisit une poudre d'alliage de nickel appropriée.

Prix de gros : $20/Kg-$200/Kg

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FAQ sur la poudre métallique pour l'impression 3D

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Forts d'une grande expertise en matière de fabrication additive métallique, nous utilisons des processus avancés et un contrôle qualité rigoureux pour garantir les propriétés mécaniques et la qualité de la surface des pièces.

Nos dispositifs ont un large éventail d'applications dans des secteurs tels que l'aérospatiale, le médical, l'automobile et bien d'autres encore, offrant des solutions pour des composants métalliques de haute performance dans la fabrication.

Oui, nous fournissons des services d'alliage sur mesure pour répondre aux exigences spécifiques des clients en matière de matériaux.

Nos systèmes SEBM excellent dans la production de pièces métalliques complexes aux propriétés mécaniques exceptionnelles. Ils se caractérisent par un volume de production, une précision et une fiabilité inégalés dans l'industrie.

Oui, notre site Web présente un large éventail de cas d'application démontrant des mises en œuvre réussies de la technologie Metal3DP dans diverses industries.

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