Solutions analytiques de fabrication additive par fusion sur lit de poudre

La fusion sur lit de poudre est un procédé de fabrication additive (FA) dans lequel une source d'énergie, comme un faisceau laser ou d'électrons, est utilisée pour fusionner des matériaux particulaires entre eux comme les métaux, la céramique ou les polymères afin de former un objet tridimensionnel. Le frittage sélectif par laser, la fusion sélective par laser et la fusion par faisceau d'électrons font partie des techniques courantes.

Dans les procédés sur lit de poudre, en particulier pour les métaux, le coût de la poudre peut représenter jusqu'à un tiers du coût total de production du composant final créé par fabrication additive. La rentabilité commerciale repose donc sur une chaîne d'approvisionnement fiable et sur des stratégies efficaces de recyclage des poudres métalliques. De plus, les propriétés chimiques et physiques de la poudre métallique ont un effet direct sur le processus de construction et la qualité finale du composant. Pour maintenir la robustesse et l'uniformité du processus, ces propriétés doivent être contrôlées et optimisées.

Pour ce faire, les propriétés des poudres doivent être caractérisées à différentes étapes de la chaîne d'approvisionnement, en partant du développement de nouveaux alliages ou polymères jusqu'au recyclage des poudres. La diffraction laser, l'analyse d'images automatisée, la fluorescence X et la diffraction des rayons X sont quatre techniques analytiques clé couramment utilisées pour caractériser les poudres de la fabrication additive.

Chez Malvern Panalytical, nous proposons des solutions d'analyse expertes pour chacune de ces techniques.

Taille des particules

La distribution granulométrique est essentielle pour les procédés de fabrication additive sur lit de poudre, car elle influe sur le tassement et la coulabilité du lit de poudre, ce qui influe à son tour sur la qualité de construction et les propriétés du composant final.

Pour mesurer la distribution de la taille des particules des poudres métalliques, céramiques et polymères pour la fabrication additive, les producteurs de poudres, les fabricants de composants et les fabricants de machines du monde entier utilisent la technique établie de diffraction laser afin de qualifier et optimiser les propriétés des poudres. La diffraction laser, soit en utilisant notre Mastersizer, soit en ligne en utilisant Insitec, peut permettre une distribution granulométrique haute résolution complète dans un environnement de laboratoire.

Forme des particules

La densité du lit de poudre et la coulabilité de la poudre sont directement influencées par la taille et la forme des particules. La forme des particules est donc une autre métrique importante pour la fabrication additive sur lit de poudre. Il est préférable d'utiliser des particules lisses de forme régulière, car elles peuvent s'écouler et se tasser plus facilement que celles présentant une surface rugueuse et une forme irrégulière.

Pour permettre aux fabricants d'additifs d'obtenir cette forme régulière, le système d'imagerie automatisé Morphologi 4 peut être utilisé afin de classer et quantifier la taille et la forme des poudres métalliques, céramiques et polymères. Le Morphologi 4 y parvient en combinant les mesures de taille de particules, telles que la longueur et la largeur, avec les évaluations des caractéristiques de la forme des particules, telles que la circularité et la convexité (rugosité).

Composition élémentaire

La composition élémentaire est particulièrement importante pour les alliages métalliques, car de petites variations de la concentration des éléments d'alliage peuvent influer sur les propriétés chimiques et physiques, dont la résistance, la dureté, la durée de vie en fatigue et la résistance chimique.

Pour détecter ces variations, contaminants ou inclusions, et déterminer la composition élémentaire de ces alliages métalliques et céramiques, les systèmes de fluorescence X (XRF) tels que nos Zetium et Epsilon sont couramment utilisés. La technologie XRF permet également de réaliser des économies considérables en termes de temps et de coûts par rapport aux autres techniques.

Microstructure

Les caractéristiques microstructurelles, telles que la composition de phase, la contrainte résiduelle, la taille du grain et la distribution du grain (texture), sont essentielles pour la fabrication additive métallique, car elles peuvent influer sur les propriétés chimiques et mécaniques d'un composant fabriqué.

Pour analyser ces caractéristiques microstructurelles et contrôler les propriétés du composant final, les systèmes de diffraction des rayons X (XRD) de paillasse comme Aeris sont couramment utilisés pour réaliser une analyse de phase des métaux. Pour obtenir plus d'informations sur la texture, la taille du grain et les contraintes résiduelles sous une large gamme de conditions, des diffractomètres polyvalents tels que l'Empyrean peuvent être utilisés. Le XRD est également largement utilisé pour l'étude de la structure et de la cristallisation des polymères et céramiques. Pour déterminer la masse molaire et la structure moléculaire des poudres polymères, les systèmes de chromatographie par perméation de gel (GPC) tels que Omnisec sont largement utilisés.