Excellent choix pour la fabrication additive dans le domaine aérospatial haut de gamme

Les performances et le coût du titane et des alliages d'aluminium sont les deux forces motrices éternelles du développement de la technologie des matériaux, tandis que la légèreté, l'intégration et l'intégration des fonctions structurelles sont les défis communs de la conception structurelle des avions, de l'application des matériaux et de la technologie de fabrication. Au cours des dernières décennies, les technologies de formage quasi-net telles que le pressage isostatique à chaud, le moulage par injection et le frittage par décharge plasma ont fait de grands progrès dans le domaine des alliages de titane, mais les problèmes de goulot d'étranglement tels que la teneur en oxygène et la porosité n'ont pas été résolus efficacement. , limitant ainsi leur application dans la fabrication de structures en alliage de titane pour l'aviation.

Du point de vue de l'exploration et du développement scientifiques, l'industrie moderne a besoin de matériaux structurels présentant une résistance, une ténacité et une rigidité élevées, tout en réduisant autant que possible le poids. Par conséquent, les alliages légers à haute résistance tels que le titane et l’aluminium et les alliages résistants à la chaleur tels que les superalliages à base de Ni sont devenus au centre des plans de recherche et de développement de nouveaux matériaux dans divers pays. De plus, ces matériaux sont également des matériaux d’application importants dans la fabrication additive laser.

Avantages et différences entre l'alliage de titane et l'alliage d'aluminium

L'alliage de titane a une résistance spécifique élevée, une rigidité spécifique et une bonne résistance à la corrosion, ce qui répond aux besoins de conception des avions avec une maniabilité élevée, une fiabilité élevée et une longue durée de vie, et son niveau d'application est devenu un symbole important pour mesurer le degré avancé de sélection des matériaux aéronautiques.

Les alliages de titane et d'aluminium sont largement utilisés dans l'aérospatiale, l'automobile, la fabrication de machines et dans d'autres domaines en raison de leur excellente faible densité et de leur résistance structurelle. Surtout dans l’industrie aéronautique, ils jouent un rôle très important et constituent les principaux matériaux structurels de l’industrie aéronautique. Bien que les alliages de titane soient environ deux tiers plus lourds que les alliages d’aluminium, leur résistance inhérente signifie que la résistance requise peut être obtenue en plus petites quantités. L'alliage de titane est devenu un matériau important pour réduire les coûts de carburant en raison de sa résistance et de sa faible densité, et est largement utilisé dans les moteurs à réaction d'avions et divers types d'engins spatiaux. L’alliage d’aluminium est le matériau léger automobile le plus largement utilisé et le plus courant à ce stade, et sa densité ne représente qu’un tiers de celle de l’acier. Des études ont montré que l'alliage d'aluminium peut être utilisé jusqu'à 540 kg dans l'ensemble du véhicule, de sorte que le poids de la voiture sera réduit de 40 %. L’utilisation de carrosseries entièrement en aluminium dans les véhicules de marques telles qu’Audi et Toyota en est un bon exemple.

Étant donné que les deux matériaux ont une résistance élevée et une faible densité, d'autres facteurs doivent être pris en compte lors du choix d'un alliage.

Dans les situations critiques où une résistance élevée et un faible poids sont requis, chaque gramme compte, mais si des composants à résistance plus élevée sont nécessaires, le titane est le meilleur choix. Par conséquent, les alliages de titane sont utilisés pour fabriquer des dispositifs/implants médicaux, des composants satellites complexes, des fixations et des supports.

En termes de coût, l'aluminium est le métal le plus rentable pour l'usinage ou l'impression 3D ; Alors que le titane coûte plus cher, les pièces légères apporteront d'énormes avantages en termes de carburant économisé par les avions ou les engins spatiaux, tandis que les pièces en alliage de titane ont une durée de vie plus longue.

En termes de propriétés thermiques, les alliages d'aluminium ont une conductivité thermique élevée et sont souvent utilisés pour fabriquer des radiateurs ; Pour les applications à haute température, le point de fusion élevé du titane le rend plus adapté, et les moteurs d'avion contiennent un grand nombre de pièces en alliage de titane.

La résistance à la corrosion et la faible réactivité du titane en font le métal le plus biocompatible et il est largement utilisé dans des applications médicales telles que les instruments chirurgicaux. Le Ti64 résiste également bien aux environnements salins et est souvent utilisé dans les applications marines.

Dans le domaine aérospatial, les alliages d’aluminium et les alliages de titane sont largement utilisés. L'alliage de titane présente les avantages d'une haute résistance et d'une faible densité (seulement environ 57 % de l'acier), et sa résistance spécifique (résistance/densité) dépasse de loin celle des autres matériaux de structure métalliques, et peut produire des pièces avec une résistance unitaire élevée, une bonne rigidité et poids léger. Les pièces de départ, le squelette, la peau, les fixations et le train d'atterrissage de l'avion sont tous en alliage de titane. En outre, la référence de la technologie d'impression 3D pour vérifier les matériaux pertinents a révélé que l'alliage d'aluminium est adapté au travail dans un environnement inférieur à 200 degrés, le fuselage de l'Airbus A380 utilise plus d'un tiers de l'aluminium et le C919 utilise également un grand nombre de matériaux conventionnels à haute température. -Matériaux en alliage d'aluminium performants. L'alliage d'aluminium est utilisé pour les revêtements d'avions, les cloisons, les nervures d'aile et d'autres pièces.

En raison de leur point de fusion élevé et de leurs propriétés de transformation difficiles, les alliages de titane sont l'un des matériaux métalliques les plus coûteux. Cependant, la légèreté, la haute résistance et la résistance aux températures élevées de l'alliage de titane Ti6Al4V en font un élément très en vue dans le domaine aérospatial. Sa gamme d'applications comprend les pales, disques, récepteurs et autres pièces travaillant dans la section basse température des ventilateurs et compresseurs du moteur, et la plage de température de fonctionnement peut atteindre 400-500 degrés. En outre, il est utilisé dans la fabrication de composants de fuselage et de capsules, de carters de moteurs de fusée et de moyeux d'hélices de rotor d'hélicoptère. Cependant, en raison de sa faible conductivité, le titane n’est pas idéal pour les applications électriques. Bien que le prix de l'alliage de titane soit relativement élevé, sa résistance aux températures élevées et à la corrosion ne peut pas être remplacée par d'autres métaux légers.

Les alliages à base d'aluminium ont d'excellentes propriétés physiques et mécaniques telles qu'une faible densité, une résistance spécifique élevée, une forte résistance à la corrosion et une bonne formabilité, ils sont donc largement utilisés dans l'industrie. Cependant, du point de vue du processus de moulage par fabrication additive, la densité de l'alliage d'aluminium est faible, la fluidité de la poudre est relativement mauvaise, l'uniformité de la pose sur le lit de poudre formant SLM est mauvaise ou la continuité du transport de la poudre dans le processus LMD est mauvaise. , de sorte que la précision et l'exactitude du système d'épandage/alimentation de poudre dans les équipements de fabrication additive laser sont élevées.

À l'heure actuelle, les alliages d'aluminium utilisés dans la fabrication additive sont principalement des alliages Al-Si, parmi lesquels AlSi10Mg et AlSi12 de bonne fluidité ont été largement étudiés. Cependant, étant donné que l'alliage Al-Si appartient à un alliage d'aluminium moulé, bien qu'il soit préparé par un processus de fabrication additive laser optimisé, sa résistance à la traction est encore difficile à dépasser 400 MPa, ce qui limite son utilisation dans les composants porteurs ayant des exigences de performances de service plus élevées dans l'aérospatiale. et d'autres domaines.

Les composants aérospatiaux modernes sont confrontés à une série d’exigences exigeantes, notamment en matière de légèreté, de hautes performances, de fiabilité élevée et de faible coût. Cette structure complexe est extrêmement difficile à concevoir et à fabriquer. Grâce à l'innovation et au développement de la technologie de fabrication additive laser pour les composants typiques de l'aluminium, du titane et du nickel de l'aérospatiale, nous pouvons non seulement atteindre une légèreté et des performances élevées dans la sélection des matériaux, mais également refléter la tendance de développement de la précision et de la forme nette de la fabrication additive. technologie. Grâce à l’intégration de la fabrication additive matériaux-structure-propriétés, nous pouvons appliquer la technologie de fabrication additive à l’ingénierie majeure du domaine aérospatial.