Bayerische Metallwerke brevète une nouvelle technologie de production d'alliage de tungstène pour l'impression 3D

L'entreprise allemande de transformation des métaux Bayerische Metallwerke GmbH, filiale de Wolfram Industrie, a développé et breveté un nouveau processus de production de matériaux spécifiquement pour l'alliage de tungstène.

Le processus est spécial dans la mesure où il est capable de produire des mélanges de pré-alliages de tungstène à haute concentration (WNiFe et WNiCu) sous forme de poudre, permettant aux matériaux d'être utilisés à la fois dans les processus d'impression 3D et de revêtement. Forte d'une phase de développement de deux ans, la société estime que son nouveau procédé ouvrira la voie à des géométries de pièces plus complexes en tungstène, offrant de nouvelles options pour des applications telles que la fabrication d'outils et la protection contre les rayonnements imprimée en 3D.

«La particularité de notre alliage tungstène-nickel-fer est que nous l'obtenons sous forme de poudre pré-alliée», explique le Dr Hany Gobran, responsable de la recherche et du développement chez Bayerische Metallwerke. "Cela convient comme produit de départ pour les processus d'impression et de revêtement 3D."

Les alliages de tungstène : utiles mais tenaces

Les alliages de tungstène sont réputés pour leur excellente résistance à la corrosion et leur conductivité thermique élevée, ce qui en fait un candidat idéal pour le moulage par refroidissement de pièces en aluminium. Le métal lourd est également extrêmement dense, avec une concentration de 19,3 g/cm.³ . Avec une densité comparable à celle de l'or, le tungstène est largement utilisé dans la fabrication d'outils et dans la protection contre les rayonnements alpha et gamma dans le secteur de la santé.

« En raison de sa résistance à la corrosion et à l'érosion des métaux en fusion, ainsi que de son excellente conductivité thermique, le tungstène est le matériau de choix dans le domaine de la fonte d'aluminium », explique Nabil Gdoura, ingénieur recherche et développement chez Bayerische Metallwerke. « Sa très haute densité sous sa forme pure en fait également une bonne alternative au plomb nocif, qui est encore utilisé pour la protection contre les radiations en médecine, par exemple. »

Malheureusement, le tungstène possède également le point de fusion le plus élevé de tous les éléments chimiques (3 400 °C) et une dureté Mohs de 7,5, ce qui le rend extrêmement difficile à travailler. En tant que telles, les pièces en tungstène présentant des géométries plus complexes telles que des courbes et des alésages sont souvent simplement constituées d'acier à outils pour travail à chaud, en raison de sa facilité d'utilisation et de son imprimabilité 3D.

Production d'alliages de tungstène pour l'impression 3D

Selon Bayerische Metallwerke, tous les alliages d'impression 3D en tungstène disponibles à ce jour ont été produits avec des concentrations relativement élevées de fer et de nickel, souvent sans aucun pré-alliage. Étant donné que les points de fusion de ces métaux sont nettement inférieurs à ceux du tungstène, les processus de fabrication additive à haute température tels que la fusion sur lit de poudre entraînent souvent leur évaporation incontrôlable.

Le nouveau procédé Bayerische Metallwerke résout ce problème en pré-alliant le mélange de poudres avant le traitement. En combinant les trois éléments en tant que matériau multiphasé dans chaque particule de poudre individuelle, la composition et la distribution de l'alliage final peuvent être contrôlées de très près. En tant que tel, le métal peut être traité à des températures élevées sans perdre le fer, le nickel ou le cuivre.

La société déclare que son nouveau procédé est capable de produire des alliages contenant 80 à 98,5 % (en poids) de tungstène, 0,1 à 15 % de nickel et 0,1 à 10 % de fer et/ou de cuivre, selon l'application souhaitée. Avec des densités de 17 à 18,8 g/cm3, les matériaux en alliage sont plus que adaptés aux cas d'utilisation conventionnels du tungstène dans le moulage d'aluminium, la fabrication d'outils et la protection contre les rayonnements. En prime, le procédé breveté permet également de déterminer le comportement d'écoulement et la granulométrie des particules de poudre.

« Plus la proportion de tungstène dans le produit final est élevée, plus il est résistant à l'aluminium fondu et meilleure est sa conductivité thermique », conclut Gobran. « Si, en revanche, une bonne ductilité et une bonne usinabilité mécanique jouent un rôle plus important, la proportion de tungstène dans l'alliage peut également être réduite en conséquence. La composition peut donc toujours être adaptée à l’application spécifique et à la complexité respective de la forme.