Sandvik dévoile un nouveau carbure cémenté qui peut être imprimé en 3D en pièces durables "jusqu'à 20 fois plus longues"

La multinationale suédoise d'ingénierie Sandvik a annoncé le développement d'un nouveau carbure cémenté imprimable en 3D.

Auparavant utilisé uniquement dans la fabrication via d'autres technologies, le matériau présente une structure matricielle unique en cobalt et en carbure de tungstène, qui lui confère la durabilité nécessaire pour produire des pièces aux propriétés adaptées aux applications exigeantes.

En utilisant un processus développé en interne, Sandvik affirme avoir mis au point une nouvelle poudre de carbure cémenté, qui peut être imprimée en 3D plus rapidement dans des objets qui durent "jusqu'à 20 fois plus longtemps" que ceux produits à partir d'autres aciers ou alliages.

« Nos poudres sont optimisées pour imprimer des composants qui ont fière allure, fonctionnent bien et sont adaptés à une utilisation dans des applications réelles, des environnements exigeants et une production en série », explique Anders Ohlsson, Lead Product Manager chez Sandvik Additive Manufacturing. « Il convient également de mentionner que la possibilité d'imprimer en 3D du carbure cémenté accélère considérablement notre délai de mise sur le marché. Le prototypage prenait auparavant 6 à 12 mois, et aujourd'hui, notre délai d'exécution n'est plus qu'une question de semaines. »

"Sandvik a développé à la fois une poudre et un procédé uniques."

Gamme d'impression 3D de Sandvik

Alors que les opérations de Sandvik couvrent les industries de la découpe des métaux, de la fabrication numérique, de l'exploitation minière et de la construction, ses activités d'impression 3D se concentrent généralement sur le développement de poudres, ainsi que sur ses services de conseil et de fabrication.

Sur le plan matériel, l'entreprise a passé plus de quinze ans à établir un large portefeuille d'alliages d'impression 3D Osprey. Produites en interne dans l'une des tours d'atomisation de gaz de Sandvik, ces poudres peuvent être personnalisées pour s'adapter à n'importe quelle technique d'impression, avec des particules dont la taille varie de 5 à 500 microns. Disponible en lots de 1 à 6 000 kilos, la gamme de métaux Osprey de la société s'étend désormais des aciers aux superalliages à base de nickel, leur permettant de répondre à une variété d'applications.

L'une des façons dont les matériaux ont été appliqués récemment est dans le cadre du programme de partenariat Binder Jet Beta de GE Additive. Suite à un partenariat stratégique conclu fin 2020, Sandvik a utilisé ses poudres Osprey pour fournir le régime de test des imprimantes 3D H2 Binder Jet de GE Additive, en échange de la possibilité d'utiliser la machine elle-même à des fins de production.

Depuis l'acquisition d'une participation dans BEAMIT un an plus tôt, la société a également cherché à repousser les limites de ses capacités de fabrication additive. En collaboration avec sa filiale partielle, par exemple, Sandvik a maintenant développé la capacité d'imprimer en 3D des pièces en acier inoxydable super-duplex, et plus récemment, elle a commencé à tester l'impression 3D dans les mines de Boliden, comme moyen d'améliorer les performances de la foreuse les pièces.

Présentation d'un nouveau carbure cémenté

Grâce à leur structure composite unique, dans laquelle une phase résistante à l'usure est liée par un liant métallique ductile, les carbures cémentés ont la résistance nécessaire pour produire des pièces avec des applications de coupe de métal, d'agriculture, d'alimentation et de pétrole et gaz.

Cela étant dit, en raison de leur dureté innée, les carbures cémentés peuvent être difficiles à usiner, en particulier dans des composants aux géométries complexes. Ayant travaillé avec de tels matériaux depuis 1932, Sandvik a donc utilisé son expertise pour développer un moyen de surmonter cela, sous la forme d'une nouvelle poudre aux "propriétés supérieures de résistance à l'usure".

Développée via un "processus breveté" non divulgué, cette poudre est censée permettre la production des mêmes pièces ultra-robustes qu'auparavant, tout en exploitant le gaspillage réduit et la liberté de conception accrue qui accompagnent l'impression 3D.

"Lors de la mise en œuvre de la fabrication additive dans votre entreprise, vous éliminez essentiellement toutes les restrictions de conception précédentes, ce qui vous permet de vous concentrer sur la conception de composants en fonction des besoins et des exigences opérationnels, sans avoir à vous adapter à une forme ou une forme spécifique", ajoute Ohlsson. "Le carbure cémenté est l'un des matériaux les plus durs, sinon le plus dur disponible sous forme imprimée en 3D à ce jour."

Pour démontrer les applications potentielles de sa nouvelle poudre, Sandvik l'a imprimée en 3D dans une pointe de tréfilage dans le cadre d'un récent projet de R&D. Selon l'entreprise, cette pièce comportait des canaux de refroidissement en spirale en boucle fermée, lui permettant d'obtenir un refroidissement efficace tout en gardant son fil au sec, ce qui serait "impossible à réaliser sans fabrication additive".

À l'avenir, Sandvik pense que la "durabilité extrême" du matériau le rendra désormais bien adapté aux besoins des "industries cherchant à optimiser l'efficacité de la production", en particulier celles qui "opèrent dans des environnements difficiles".

"Grâce à notre longue expérience dans la technologie des matériaux associée à notre expertise tout au long de la chaîne de valeur additive, nous pouvons innover à une vitesse que peu d'autres peuvent atteindre", conclut Mikael Schuisky, PhD, Business Unit Manager chez Sandvik Additive Manufacturing. "Cela nous place dans une position unique pour conduire la transition vers l'industrialisation de l'impression 3D et prouver que la fabrication durable n'est pas seulement possible - c'est déjà le cas."

"L'impression 3D en carbure cémenté est une prochaine étape naturelle pour nous, ayant perfectionné ces matériaux pendant des décennies."

Avancées dans les matériaux à haute résistance

Bien que la percée du carbure cémenté de Sandvik soit sans aucun doute impressionnante, elle est loin d'être la première à commencer à étudier le potentiel d'impression 3D du matériau. En fait, dès 2019, le matériau en carbure cémenté Vibenite 480 de VBN Components a remporté le prix de l'innovation en fabrication additive du MM Maschinenmarkt.

Ailleurs, un certain nombre d'autres «superalliages» ont également été développés, en particulier avec la fabrication additive de composants à haute résistance à l'esprit. Au début de l'année dernière, des chercheurs de l'UC Santa Barbara et du laboratoire national d'Oak Ridge ont révélé qu'ils proposeraient un nouveau superalliage d'impression 3D résistant aux défauts, capable de surmonter les problèmes de fissuration souvent observés dans les pièces produites par PBF à haute température.

De même, Rosswag Engineering a qualifié il y a quelque temps son Waspaloy à base de nickel, un matériau réputé posséder une excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation. Lors des premiers tests de la société, Waspaloy a montré une résistance à la traction de 1403 MPa et un allongement à la rupture de 21 %, ce qui lui confère des propriétés supérieures aux métaux tels que l'Inconel 718, qui sont souvent utilisés pour répondre aux applications aérospatiales exigeantes.

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L'image en vedette montre une poignée de pièces imprimées en 3D à partir du carbure cémenté de Sandvik. Photo via Sandvik.

Paul est diplômé en histoire et en journalisme et se passionne pour la découverte des dernières nouveautés technologiques.