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Regarder une fissure de tungstène imprimée en 3D en temps réel – ImpressionEn3D.com

Micro-fissures dans le tungstène imprimé en 3D [Source: Science Direct]

Les chercheurs ont trouvé un moyen d’observer directement la micro-fissuration du métal de tungstène imprimé en 3D.

Tungstène imprimé en 3D

Le tungstène est un métal très unique qui pourrait devenir beaucoup plus important à l’avenir. Sa renommée est que parmi les matériaux couramment disponibles, il a la résistance à la chaleur la plus élevée – 3420C, incroyablement plus chaud que de nombreux autres métaux.

En raison de cette incroyable résistance à la chaleur, il est souhaitable d’utiliser du tungstène dans des applications chaudes. Une application particulière qui devrait se généraliser plus tard ce siècle concerne les réacteurs à fusion nucléaire.

La fusion est le même processus qui a lieu sur notre soleil pour générer de l’énergie en «fusionnant» deux atomes ensemble. Dans le processus, d’énormes quantités d’énergie sont libérées qui dépassent de loin les opérations de fission nucléaire d’aujourd’hui. En cas de succès, les réacteurs à fusion pourraient fournir une puissance presque illimitée sur Terre et peut-être même ouvrir le système solaire avec un nouveau vaisseau spatial alimenté par fusion.

Le problème est que la fusion ne se produit qu’à des températures et des pressions extrêmement élevées. Pour ce faire, il faut construire une chambre de fusion pour contenir un plasma chaud dans lequel ces conditions existent. Les éléments «face à la fusion» de la chambre doivent être faits du matériau le plus résistant qui soit, et ce sera du tungstène.

Les pièces en tungstène doivent être réalisées parfaitement et ne peuvent pas présenter de défauts, tels que des micro-fissures, qui réduisent l’efficacité des pièces.

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Mais comment se développent ces micro-fissures?

Transition ductile-fragile

Il s’avère que des fissures peuvent se produire lors de ce qu’on appelle la transition «ductile-fragile». C’est à ce moment que le matériau refroidit suffisamment pour passer d’un état légèrement pliable à un état fermement rigide. Les micro-mouvements pendant cette transition peuvent éloigner le matériau et ainsi créer des fissures.

L’accumulation de ces fissures «DBT» sur une pièce entière peut compromettre la résistance de la pièce.

Apparemment, ils se produisent assez rapidement lors de l’impression 3D en utilisant le processus PBF, lorsque le laser passe sur la couche de poudre. Les fissures peuvent se développer dans les 10 ms après avoir été chauffées, ce qui rend très difficile voire impossible à corriger à l’aide de réglages dynamiques des paramètres d’impression.

Observation de DBT

Les chercheurs ont pu utiliser un système de caméra avancé pour enregistrer cette micro activité telle qu’elle se produisait. Leur caméra, qui a une fréquence d’images étonnante de 50 kHz (c’est-à-dire kHz, pas Hz), avait une résolution de 768 x 328 pixels. Cela leur a permis de voir l’activité dans une zone de 0,620 x 0,265 mm.

Voici un cadre montrant la traînée d’un laser sur un lit de poudre de tungstène, et je suis sûr que vous n’avez jamais rien vu de tel:

Regarder une fissure de tungstène imprimée en 3D en temps réel
Suivi du trajet laser à partir de tungstène imprimé en 3D [Source: Science Direct]

Ils disent:

«Pour la première fois, la transition ductile-fragile (DBT) dans le tungstène a été directement visualisée grâce à une approche combinée de modélisation thermomécanique et de vidéo haute vitesse in situ de la microfissuration lors de la fusion laser.»

Les chercheurs ont ensuite commencé à explorer comment différents paramètres d’impression 3D pourraient affecter les résultats. Cependant, il semble que le problème semble beaucoup plus complexe que celui qui peut être résolu avec de simples changements de paramètres.

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Au lieu de cela, cette nouvelle capacité vidéo sera utilisée pour explorer le problème de manière beaucoup plus détaillée et cela, à terme, pourrait identifier les meilleurs moyens d’optimiser la qualité d’impression du tungstène – et d’autres métaux.

Via Science Direct

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