Sécurisation de la nouvelle technologie d'impression 3D métal

KIMS et d'autres équipes de recherche conjointes, développent une technologie de source de fabrication additive de stylo d'impression 3D en métal

Conseil national de la recherche scientifique et technologique

image : Schéma conceptuel du processus de stylo d'impression 3D en métalVoir plus

Crédit : Institut coréen des sciences des matériaux (KIMS)

□ Une équipe de recherche dirigée par le Dr Sang-woo Song, le Dr Chan-kyu Kim, le Dr Kang-myung Seo du Département de technologie d'assemblage de l'Institut coréen des sciences des matériaux (KIMS), un institut de recherche financé par le gouvernement le ministère des Sciences et des TIC, a développé une technologie fondamentale pour contrôler le volume de métal en fusion dans le processus d'impression 3D de métal à l'aide de techniques de soudage. Ils y sont parvenus grâce à une recherche collaborative avec une équipe de recherche dirigée par le professeur Young-tae Cho et le professeur Seok Kim du département de génie mécanique de l'Université nationale de Changwon, et une équipe de recherche dirigée par le Dr Dae-won Cho du Busan Machinery Research Center à l'Institut coréen des machines et des matériaux. En conséquence, ils ont développé avec succès une technologie de stylo d'impression 3D en métal qui peut imprimer en continu du métal dans un espace tridimensionnel en toute liberté.

□ La technologie de stylo d'impression 3D métal développée par l'équipe de recherche a l'avantage de pouvoir imprimer librement et en continu du métal avec liberté dans le sens du mouvement de la torche de soudage dans l'espace 3D. Par rapport à l'impression 3D métal conventionnelle utilisant des lasers, le coût de construction de l'équipement est faible et la fabrication additive peut être réalisée rapidement en utilisant des matériaux de soudage disponibles dans le commerce, ce qui la rend plus économique.

□ La fabrication additive métallique utilisant des techniques de soudage présente des limites dans la réalisation de structures complexes car il s'agit d'un processus limité de construction d'une couche à la fois. En effet, les couches suivantes sont laminées après une solidification complète empêchant le métal en fusion de s'écouler. De ce fait, il existe un inconvénient en ce qu'un temps de refroidissement est nécessaire et les conditions qui peuvent être laminées sont limitées à des exemples spécifiques. Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a effectué une analyse informatique pour calculer et contrôler avec précision la tension superficielle du métal en fusion et le volume solidifié en fonction de la convection/conduction. De plus, ils ont développé une technologie capable d'effectuer la fabrication additive métallique dans toutes les conditions, y compris les positions horizontales, verticales, inclinées et au-dessus de la tête. En laminant en continu le métal en phase liquide avant qu'il ne se solidifie complètement, le temps de fabrication est raccourci, il n'y a pas de frontière entre les couches et il forme une microstructure dense avec d'excellentes propriétés mécaniques.

※ Dans le cas de la ductilité, amélioration de 24,5% par rapport au WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) existantprocédé, à base d'Inconel 625 (WAAM : soudage et fabrication additive (AM) de matériaux de type fil à l'aide d'une source de chaleur à arc)

□ En 2021, la taille du marché des imprimantes 3D dans le pays et à l'étranger est de 82,1 milliards KRW et 2,1 milliards USD, respectivement, avec des taux de croissance annuels moyens de 10,5 % et 20 %. Cette réalisation de recherche devrait donner de la vitalité à l'industrie manufacturière en se concentrant sur la supériorité technologique dans le domaine de la fabrication additive métallique et la fabrication de machines et de pièces à haute valeur ajoutée qui l'utilisent.

□ "Nous avons ajouté la fabrication additive 3D de forme libre au processus de fabrication additive continu, ce qui était considéré comme impossible dans le processus de fabrication additive métallique existant", a déclaré Sang-woo Song, chercheur principal au KIMS, qui est en charge de la recherche. Il a poursuivi : "Comme la technologie d'impression 3D existante utilisant des polymères, il est possible de fabriquer facilement des structures complexes en utilisant des matériaux de soudage métalliques existants, suggérant un nouveau paradigme pour l'industrie manufacturière."

□ Ce résultat de recherche a été réalisé dans le cadre d'un projet de « Développement de matériaux à couches multimétalliques pour un micro-réacteur modulaire polyvalent » par l'Institut coréen des sciences des matériaux avec le soutien du ministère des Sciences et des TIC. De plus, les résultats de la recherche ont été sélectionnés comme article de couverture dans le numéro de février d'Advanced Science (IF=17.521), une revue universitaire de renommée mondiale. Actuellement, l'équipe de recherche poursuit des recherches de suivi sur la fabrication additive de machines et de pièces à haute valeur ajoutée dans les industries des centrales nucléaires et de la défense.

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À propos de l'Institut coréen des sciences des matériaux (KIMS)

KIMS est un institut de recherche à but non lucratif financé par le gouvernement et relevant du ministère des Sciences et des TIC de la République de Corée. En tant que seul institut spécialisé dans les technologies complètes des matériaux en Corée, KIMS a contribué à l'industrie coréenne en menant un large éventail d'activités liées à la science des matériaux, notamment la R&D, l'inspection, les tests et l'évaluation et le soutien technologique.

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