La qualité des pièces métalliques imprimées en 3D dépend de la poudre
En tant que matière première, la qualité de la poudre métallique détermine en grande partie la qualité du produit final. En général, la propreté, la morphologie et la granulométrie de la poudre sont les facteurs clés qui limitent les performances de formage des pièces.
La morphologie de la poudre affecte directement la masse volumique apparente et la fluidité, qui influencent à leur tour le processus d’alimentation et d’étalement de la poudre, ainsi que les performances finales des pièces. Dans la fabrication additive par fusion sur lit de poudre, le mécanisme d’étalement de la poudre répartit uniformément les particules de poudre dans la zone de formage, et une bonne fluidité est essentielle pour obtenir un lit de poudre uniforme et plat. Les poudres sphériques et quasi-sphériques présentent une bonne fluidité, une masse volumique apparente élevée, une densité élevée et une structure uniforme, et sont les poudres de matières premières privilégiées pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre.
Cependant, la présence de poudre creuse et de poudre satellite dans les poudres sphériques et quasi-sphériques réduit les performances finales des pièces. La poudre creuse est plus présente dans les poudres dont la granulométrie est supérieure à 70 µm, ce qui entraîne des défauts difficiles à éliminer, tels que des pores dans les pièces formées. La poudre satellite réduit la fluidité de la poudre et entrave son accumulation uniforme lors de l’étalement en couches continues, ce qui entraîne des défauts de pièces. Par conséquent, les poudres métalliques destinées à la fabrication additive par fusion sur lit de poudre doivent minimiser la proportion de poudre creuse et de poudre satellite dans les matières premières.
La distribution granulométrique de la poudre permet de caractériser la composition et l’évolution des particules de différentes granulométries au sein du système granulométrique. Il s’agit d’un paramètre important pour décrire les caractéristiques des particules de poudre.
La granulométrie de la poudre influence directement la qualité de l’étalement, la vitesse et la précision de formage, ainsi que l’uniformité organisationnelle du procédé de fabrication additive. La granulométrie de poudre sélectionnée varie selon le procédé. En général, la technologie de fusion sélective par laser (SLM) sélectionne des poudres d’une granulométrie comprise entre 15 et 45 µm, tandis que la technologie de fusion sélective par faisceau d’électrons (SEBM) sélectionne des poudres d’une granulométrie comprise entre 45 et 106 µm.
D’un point de vue thermodynamique et cinétique, plus les particules de poudre sont petites, plus leur surface spécifique est grande et plus la force motrice du frittage est importante. Autrement dit, les petites particules de poudre sont propices au formage des pièces. Cependant, des poudres trop fines réduisent la fluidité, la densité et la conductivité électrique de la poudre. Leur formabilité se détériore et une sphéroïdisation est susceptible de se produire lors du processus d’impression. Une granulométrie trop grossière réduit l’activité de frittage, l’uniformité de l’étalement et la précision du formage.
Par conséquent, en fonction des exigences de performance des pièces finales, les poudres grossières et fines sont parfaitement adaptées afin d’améliorer la densité apparente et la fluidité des poudres, ce qui est propice à la fabrication additive par fusion sur lit de poudre. Les chercheurs estiment que, compte tenu de la plage granulométrique générale du procédé de fabrication additive par fusion sur lit de poudre laser, l’utilisation d’une distribution granulométrique plus large peut augmenter le remplissage des petites particules dans les espaces entre les particules de grande taille et améliorer la densité du lit de poudre lors du dépôt de la poudre.
D’après les recherches actuelles sur l’influence des variations des caractéristiques des poudres sur la qualité du formage, les variations de taille, de morphologie et d’état de surface affectent l’étalement et la qualité du formage. En termes de densité de formage, une distribution granulométrique raisonnable, une sphéricité plus élevée et une cohésion réduite entre les particules peuvent améliorer la densité libre et la qualité de l’étalement de la poudre, réduire davantage le nombre de pores et de défauts non fusionnés dans l’échantillon de formage, et améliorer la densité de formage.