Un nouveau matériau composite 3D pour l'aéronautique qui réduit de 20 % le poids des détails a été développé par NUST MISIS

MOSCOU, 23 octobre 2019 /PRNewswire/ -- Une équipe de scientifiques du Centre de prototypage industriel de grande complexité NUST MISIS a obtenu les premiers échantillons de détails en aluminium composite 3D avec une charge de céramique, fabriqués par fusion au laser. Dans un très proche avenir, les composites obtenus seront utilisés pour produire des pièces d'engin spatial pour l'industrie aéronautique russe. La recherche bénéficie d'une subvention de la Fondation russe des sciences ; les résultats sont publiés dans Materials.

Les scientifiques de l'Université nationale de sciences et de la technologie MISIS, encadrés par le professeur Alexandr Gromov, ont développé une méthode d'impression 3D de matériaux composites à matrice d'aluminium (à base d'aluminium) avec des charges de céramique (oxyde et nitrure d'aluminium). Les recherches ont été menées dans le cadre du projet de la Fondation russe des sciences. L'utilisation de technologies additives a permis d'augmenter de 20 % la résistance des matériaux en poudre ainsi produits.

« Pour l'impression 3D des détails en aluminium, ce qu'on appelle des silumines (des alliages d'aluminium avec silicium, en particulier le composé Al-Si-10Mg) sont principalement utilisés comme matières premières », a commenté Alexander Gromov. « Toutefois, les exigences de l'industrie aérospatiale augmentent et les scientifiques recherchent maintenant activement de nouvelles compositions de composites à matrice d'aluminium (y compris des composites dopés) pour obtenir des détails aux performances améliorées (résistance, dureté, résistance à la fissuration) et à faible coût, comparé aux alliages contenant des éléments de terres rares. »

Le taux de croissance annuel du marché mondial des technologies additives dépasse 100 %. Ceci est dû aux avantages des technologies additives pour les métaux comparé aux technologies industrielles traditionnelles : coulée, métallurgie des poudres etc. Ceci comprend la capacité à créer des détails 3D complexes, réduire le poids du détail en optimisant la conception, augmenter la résistance des détails, ainsi que la technologie permettant une production rapide et situationnelle de détails de forme complexe à petite échelle. L'une des orientations les plus populaires est le développement de méthodes d'impression en aluminium 3D pour l'aéronautique.

Dans ce cas, la tâche principale des chercheurs en science des matériaux est de réduire le poids des détails tout en retenant les caractéristiques de résistance. Aujourd'hui, le métal principalement utilisé dans l'aéronautique est le titane. C'est un matériau durable qui résiste à la corrosion et à la charge et dont le seul inconvénient est sa haute densité, à 5,4 g/mm. En même temps, la densité de l'aluminium léger et ductile est de 2,7 g/mm, autrement dit, il est deux fois plus léger. Il est toutefois nettement moins résistant que le titane. Les scientifiques recherchent activement des façons de renforcer l'aluminium.

« Nous avons réussi à augmenter la résistance des poudres d'aluminium en durcissant les additifs céramiques directement dans le processus d'impression 3D. Précédemment, on pensait qu'il était impossible d'obtenir de tels composites sur des imprimantes telles que SLM. Le groupe a toutefois pu créer des échantillons expérimentaux du nouveau matériau en poudre sur une imprimante SLM-280 HL conventionnelle, c.-à-d. en utilisant une fusion au laser sélective », ajoute le professeur Gromov.

Les méthodes proposées permettent d'augmenter la flexibilité de la conception, de réduire la durée de production des prototypes fonctionnels, et de réduire de 10 à 20 % le poids des détails produits.

Comme l'a noté Andrey Arnautov, directeur adjoint des nouveaux projets chez UC Rusal, « Les scientifiques de NUST MISIS sont proches de réaliser le rêve de longue date des producteurs d'aluminium : le remplacement total du titane par des composites d'aluminium. De nombreux chercheurs ont travaillé sur le problème que constitue la production de composites en aluminium légers et durables par des méthodes métallurgiques traditionnelles, mais l'équipe dirigée par le professeur Alexander Gromov est allée encore plus loin et travaille pour produire un détail 3D en utilisant des poudres innovantes. »

Actuellement, l'équipe de recherche est en train de compléter une série de tests de laboratoire sur le lot de matériau produit. Dans un proche avenir, les chercheurs aborderont la prochaine étape du projet et obtiendront les premiers échantillons de détails résultant de cette poudre en aluminium-céramique.

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