Des scientifiques ont créé un acier ultra-résistant qui ne rouille jamais : une révolution pour l’industrie

Les limites des matériaux actuels face à la révolution de l’impression 3D

L’impression tridimensionnelle de métal s’accompagne d’avantages évidents pour le secteur industriel. Affranchies de l’outillage typique et de la fabrication traditionnelle, les structures construites avec ces méthodes peuvent s’avérer hautement complexes. Le processus offre une flexibilité accrue, permet de réduire les déchets de matériaux et diminue considérablement les délais de production.

Pourtant, une grande partie des métaux utilisés aujourd’hui à ces fins n’ont pas été développés en tant que matériaux d’impression 3D à l’origine. Selon le site spécialisé 3Dprint.com, nombre de ces matériaux d’ajout ont d’abord été conçus pour le forgeage ou le moulage, avant d’être adoptés plus tard pour des applications d’impression.

Ce bricolage visant à adapter un élément à un autre usage entraîne bien souvent des problèmes de résistance, des défauts structurels ou d’autres inefficacités. Ces fragilités se manifestent tout particulièrement lors du processus de chauffage et de refroidissement requis par les imprimantes à fusion laser sur lit de poudre, communément appelées imprimantes LPBF.

Une approche novatrice combinant algorithmes et chimie atomique

Face au constat qu’il existait très peu de métaux spécifiquement conçus pour le processus d’impression, des scientifiques de l’Université Purdue et de l’Université de Chine du Sud se sont penchés sur la question. Ils ont élaboré un nouvel alliage en s’appuyant sur une étude internationale inédite. Les résultats de leurs travaux viennent d’être publiés dans la revue scientifique International Journal of Extreme Manufacturing.

Les chercheurs à l’origine de cette étude ont créé un modèle d’apprentissage automatique dit interprétable. Ce programme informatique analyse 81 caractéristiques physico-chimiques fondamentales des éléments, allant jusqu’à examiner en profondeur leurs rayons atomiques et les comportements de leurs électrons.

L’algorithme a pris en compte la façon dont le matériau réagirait au processus d’impression 3D lui-même. La matière ainsi obtenue a été développée en gardant cette application spécifique à l’esprit, ouvrant la voie à la création d’un alliage imprimable en 3D, ultra-résistant et totalement à l’épreuve de la rouille.

Des prédictions informatiques validées par l’expérimentation

Le métal produit par l’algorithme possède une formule chimique complexe, s’écrivant Fe-15Cr-3.2Ni-0.8Mn-0.6Cu-0.56Si-0.4Al-0.16C. Les résultats théoriques de ce mélange se sont révélés immédiatement prometteurs. Selon le modèle d’intelligence artificielle, le matériau devrait être capable de supporter une pression d’environ 1 713 mégapascals (Mpa) et de s’étirer de plus de 15 % avant de se briser.

Afin de vérifier ces données, les chercheurs ont testé ce nouvel alliage à l’aide d’imprimantes LPBF. Ils ont découvert que les prédictions informatiques correspondaient parfaitement à l’expérimentation physique. Les auteurs de l’étude décrivent cet accomplissement en ces termes : « Cette stratégie a considérablement accéléré le processus de découverte et permis l’introduction d’une stratégie à faible coût et à processus court pour la fabrication additive d’UHSDS [aciers à ultra-haute résistance et ductilité] avec une résistance exceptionnelle à la corrosion, surmontant ainsi les limites critiques des aciers actuellement fabriqués de manière additive ».

Des performances mécaniques et une résistance inédites

Un communiqué de presse souligne l’ampleur de cette avancée, qualifiée de bond en avant majeur pour la fabrication additive de métal. Ces performances représentent une augmentation de la résistance d’environ 30 % par rapport à l’état brut imprimé d’un métal, ainsi qu’un doublement de sa ductilité.

Lors des essais, les scientifiques ont observé qu’un court traitement thermique du métal, d’une durée de six heures, créait des particules nanométriques de cuivre et de nickel-aluminium. Ces éléments infimes bloquent efficacement la propagation des défauts structurels à travers la matière.

Le matériau résiste totalement à la corrosion. Selon l’étude, ce nouvel alliage ne se dégrade que de 0,105 millimètre par an, un chiffre meilleur que certains des principaux aciers inoxydables commerciaux actuels. Cette particularité élargit considérablement son potentiel d’application, ciblant particulièrement les secteurs de l’aérospatiale et de la marine, où les matériaux interagissent souvent directement avec l’humidité.

Une nouvelle stratégie pour l’avenir de l’industrie

Les auteurs de la recherche font valoir que cette stratégie de conception, basée sur l’apprentissage automatique des caractéristiques physico-chimiques, ou PF-ML, constitue un moyen rentable de faire progresser la fabrication additive de métal.

L’équipe de recherche précise toutefois que les paramètres de ce modèle informatique devront être réajustés avec chaque nouvelle classe de matériaux étudiée. L’algorithme nécessite une configuration spécifique pour étendre son champ d’action au-delà de cette première réussite expérimentale.

Cette méthode pourrait bien représenter la percée dont l’industrie a besoin pour franchir un cap décisif. Elle permet enfin de créer des métaux solides et résistants à la rouille, tout en bénéficiant de la vitesse et de la flexibilité qui ont rendu les imprimantes 3D célèbres dès le départ.

Selon la source : popularmechanics.com