Caractérisation des propriétés mécaniques de matériaux métalliques (titane et aluminium) – Fabrication additive pour le CNES

Cela fait maintenant un peu plus de deux ans que l’Icam site de Toulouse travaille, en particulier avec le Cnes, sur la thématique de la Fabrication Additive métallique. Plus précisément, ces travaux portent sur les propriétés mécaniques de deux matériaux utilisés dans les satellites, le titane TA6V et l’aluminium AS7G06 obtenus par fusion laser sur lit de poudre (ou procédé LBM, Laser Beam Melting).

La fabrication additive est un axe prometteur pour l’industrie du futur. Elle intéresse fortement les industriels, notamment en aéronautique et spatial, car elle permet l’élaboration de nouveaux alliages métalliques, la fabrication de pièces de géométrie complexe et de mécanismes obtenus sans assemblage, ainsi que la fabrication de structures treillis ultra légères (dites Structures Lattice).

Parmi tous les axes d’investigation scientifique qu’offre cette technologie, un des enjeux actuel est la maîtrise des propriétés mécaniques et physiques de la pièce fabriquée. Nos laboratoires Mécanique et Matériaux se sont positionnés sur cet axe jugé stratégique et prometteur pour les activités de nos mémoires de fin d’études et de nos travaux de Recherche.

Deux projets ont été menés avec le Cnes dans le cadre d’actions de R&T :

  • Projet #1 : R&T R-S15/TG-0002-112, « Mesure de la ténacité de matériaux produits par fabrication additive (procédé LBM) »
  • Projet #2 : R&T R-S16/TG-0002-123, « Influence des défauts matière sur les performances mécaniques de matériaux produits par fabrication additive (procédé LBM) »

La société FusiA a été notre partenaire pour la fabrication des différentes éprouvettes. Nous avons aussi pu bénéficier de l’expérience de Thales Alenia Space Cannes.

Projet #1 Mesure de la ténacité de matériaux produits par fabrication additive (procédé LBM)

Les activités réalisées ont permis :

  • De mesurer pour les deux matériaux, titane TA6V et aluminium AS7G06, la ténacité K1C (capacité du matériau à résister à la propagation d’une fissure) et les propriétés mécaniques en traction (module de Young, limite élastique Rp0.2, résistance Rm allongement à rupture A%)
  • D’étudier l’influence sur ces propriétés mécaniques du traitement thermique, la compression isostatique à chaud pour le titane, le traitement T6 pour l’aluminium
  • D’étudier l’influence de l’orientation de fabrication des éprouvettes, verticales, horizontales ou obliques à 45°
  • De mesurer le niveau de contraintes résiduelles dans le matériau avant et après traitement thermique

Projet #2 Influence des défauts matière sur les performances mécaniques de matériaux produits par fabrication additive (procédé LBM)

Les activités réalisées ont permis :

  • Après une étude bibliographique, de rédiger une « Défauthèque » des différents défauts inhérents à la fabrication additive par procédé LBM et les incidents potentiels de fabrication
  • D’étudier l’influence sur les propriétés mécaniques :
    • De la taille des défauts (porosités), de 100 µm à 1000 µm
    • De l’orientation des défauts par rapport à l’axe de la sollicitation mécanique (perpendiculaire et 45°)
    • De différents traitements thermiques après fabrication : brut de fusion avec détensionnement sur plaque pour différentes températures de plateau chauffant, revenu seul à l’air, traitement T6, compression isostatique à chaud (CIC) et CIC + T6
  • D’identifier d’autres axes d’investigation tels que l’influence de l’état de surface sur la tenue en fatigue de pièces LBM, l’étude des contraintes résiduelles en fonction des traitements thermiques

Pour en savoir plus, nos communications et publications :