EOS NickelAlloy pour la fabrication additive
Traitement avancé avec technologie de mise en forme du faisceau
3 novembre 2025 | Temps de lecture : 5 min
Les superalliages sont une catégorie de matériaux métalliques conçus pour fonctionner dans des conditions extrêmes. Leur capacité à conserver leur résistance mécanique à des températures élevées les rend indispensables dans les moteurs aéronautiques, les centrales électriques et les équipements de défense.
L'un des matériaux les plus recherchés dans FA est le superalliage 247, réputé pour sa résistance supérieure et sa résistance aux températures élevées. Cependant, ce superalliage a posé des défis uniques (voir figure 1) dans FA que :
- Microfissuration lors du traitement par fusion laser sur lit de poudre (LPBF)
- Macrofissuration pendant les traitements thermiques post-traitement
Malgré une forte demande de l'industrie, la fabrication additive de l'alliage 247 a longtemps été freinée par ces défis liés au traitement et au post-traitement. Mais cela est en train de changer : avec l'ajout de EOS NickelAlloy à notre gamme de matériaux superalliés, nous repoussons les limites du possible avec FA en combinant des stratégies de traitement avancées avec notretechnologie de pointe en matière de mise en forme du faisceau et notre savoir-faire avancé en matière de post-traitement afin de libérer tout le potentiel de ce matériau haute performance.
Mise en forme du faisceau
Au fil des ans, plusieurs stratégies ont été explorées pour réduire la fissuration dansles matériaux sensibles à la fissuration tels que l'alliage 247, notamment la modification de la composition chimique de l'alliage ou la mise en œuvre d'adaptations complexes des machines, telles que le préchauffage à haute température. Bien que ces méthodes aient donné des résultats positifs, elles s'accompagnent souvent de compromis en termes de stabilité et d'évolutivité des processus. Grâce à l'introduction de notre technologie de mise en forme du faisceau de nouvelle génération, nous disposons désormais d'un nouvel outil puissant pour relever ces défis sans compromettre la productivité ou la qualité des pièces.
Dans les systèmes LPBF classiques, les lasers monomodes fonctionnent généralement avec une distribution d'intensité gaussienne. Cela limite le contrôle de la dynamique du bain de fusion, en particulier pour les matériaux sujets à la fissuration.
Grâce au façonnage du faisceau, , nous pouvons modifier la distribution d'intensité entre un profil gaussien central et un profil annulaire dans différents modes – voir figure 2. Du mode 0 (gaussien complet) au mode 6 (annulaire complet), nous pouvons sélectionner une distribution d'intensité adaptée en fonction du type de matériau et des exigences du processus. Cette flexibilité nous permet d'adapter l'apport d'énergie aux besoins spécifiques du matériau et de l'application, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour le traitement d'alliages qui étaient auparavant considérés comme impossibles à imprimer.
Dans les procédés LPBF conventionnels utilisant des processus gaussiens standard avec des bains de fusion plus profonds, des microfissures ont tendance à se former à la jonction de deux fronts de solidification, en particulier lorsque leur désorientation est importante. De plus, les fissures se forment principalement aux joints de grains, ce qui entraîne une densité de fissures élevée avec les microstructures à grains fins générées par le profil de faisceau laser gaussien. Pour éviter la fissuration avec ces procédés standard, il est nécessaire d'utiliser des épaisseurs de couche et des puissances laser faibles. Il en résulte des temps de fabrication excessivement longs et des procédés instables qui produisent des propriétés médiocres et incohérentes. Grâce à la mise en forme du faisceau, la distribution de l'intensité peut être modifiée pour créer différents types de géométries de bains de fusion, ce qui nous permet de conserver une forme de bain de fusion semi-circulaire ou plate tout en fonctionnant avec des puissances plus élevées et des épaisseurs de couche classiques.
Des bains de fusion plus plats entraînent une solidification plus directionnelle dans le sens de la construction, empêchant ainsi la collision de fronts de solidification mal orientés au centre du bain de fusion. Il en résulte une densité de fissures extrêmement faible à l'état brut. De plus, la solidification cohérente et directionnelle au niveau du bain de fusion permet d'adapter la taille des grains aux profils de propriétés souhaités. Par exemple, des grains plus gros peuvent être préférables pour les propriétés de fluage, tandis que des grains plus petits offrent une résistance plus élevée ou une durée de vie à la fatigue plus longue. Après un traitement thermique complet, le matériau LPBF issu des processus de mise en forme par faisceau peut générer des tailles de grains allant de plusieurs centaines de micromètres à 1 mm, ce qui est nettement plus grand que celles généralement observées pour le LPBF.
De plus, il est possible de produire des échantillons pratiquement exempts de fissures, avec un pourcentage de défauts inférieur à 0,04 % à l'état brut – voir figure 4. Les quelques défauts restants peuvent être traités à l'aide d'un post-traitement par compression isostatique à chaud (HIP) – voir figure 5.
Du concept à l'application : quelle est la prochaine étape pour EOS NickelAlloy ?
Notre objectif est d'intégrer un matériel de pointe, une expertise approfondie des matériaux et des processus, ainsi qu'un post-traitement sur mesure afin de minimiser les microfissures et d'exploiter pleinement le potentiel de cet alliage haute performance. Nous nous concentrons sur les composants de petite et moyenne taille destinés aux applications énergétiques, aérospatiales et de défense, où les capacités à haute température de EOS NickelAlloy sont particulièrement cruciales. Compte tenu de la complexité technique impliquée, ce procédé est initialement proposé dans le cadre de projets de collaboration avec Additive Minds, plutôt que comme un produit entièrement développé.
Cela comprend :
- Évaluation approfondie des pièces et des applications
- Optimisation de la conception et des processus
- Développement et validation de paramètres personnalisés
- Guides pour la création de benchmarks et le post-traitement
Grâce à cette approche pratique, nous aidons nos clients à donner vie à leurs applications EOS NickeAlloy 247, tout en améliorant les capacités générales de FA les matériaux sensibles aux fissures.
Écrit par Shaafi Shaikh et Tobias Novotny
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Notre vaste gamme de matériaux métalliques est spécialement conçue pour votre machine EOS. Notre chaîne d'approvisionnement en matériaux fait l'objet d'un contrôle qualité depuis la source jusqu'à la livraison, garantissant la conformité réglementaire, la traçabilité des lots, des volumes flexibles et une livraison rapide.
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Les caractéristiques des alliages de nickel en font un matériau idéal pour une large gamme d'applications, par exemple dans les turbines à gaz pour les industries aérospatiale et énergétique, l'industrie de transformation, le pétrole et le gaz, la construction navale.
