4DP-NEWSMA - Impression 3D des matériaux à mémoire de forme

La fabrication additive est de haut intérêt pour des secteurs tels que l'industrie spatiale, où les frontières technologiques sont constamment repoussées. L'utilisation de matériaux à mémoire de forme et superélastiques, en combinaison avec l'impression 3D, permet de réaliser des éléments à forme changeante où le temps est considéré comme la quatrième dimension. Ce concept d'impression "4D" (4DP) est attrayant pour des mécanismes tels qu’antennes déployables, panneaux solaires pliables, actionneurs, habitats spatiaux gonflables, etc.

Le prix élevé des poudres d’alliage à mémoire de forme et la sensibilité des propriétés des pièces imprimées à des variations de composition lors de la fabrication additive à haute température, limitent actuellement leur développement et applications. Dans ce contexte, certains alliages à base de fer et de cuivre représentent une alternative intéressante aux alliages nickel-titane plus répandus actuellement. En plus, des techniques à base de frittage, où l’impression se fait à température ambiante avant de passer à une consolidation à haute température, sont des solutions à explorer.

En réunissant des compétences complémentaires de deux équipes de recherche de la HES-SO, en techniques de fabrication par impression des poudres métalliques (Prof. Dr. Efrain Carreño-Morelli, HES-SO Valais-Wallis) et en analyse de matériaux pour l’optimisation de procédés de fabrication industriels ou préindustriels (Prof. Dr. Silvia Schintke, HEIG-VD), ce projet porte sur l’objectif suivant : Établir la faisabilité de l’impression 4D des nouveaux alliages de matériaux à mémoire de forme ou superélastiques à base de fer ou de cuivre, comme alternatifs au nickel-titane.

Des poudres métalliques de composition adaptée sont utilisées pour la fabrication additive par fusion laser sélective et par impression jet d’encre sur des lits de poudre (suivie de frittage). Des paramètres de fabrication 4DP sont ajustés pour imprimer des pièces de test et structures en treillis 3D, notamment de structures auxétiques. Ces dernières possèdent un coefficient de Poisson négatif, ce qui permet à une structure en mailles de se rétrécir perpendiculairement à une compression appliquée, au lieu de s’élargir comme le font les structures conventionnelles.

Les propriétés et performances (mécaniques, électriques et de résistance à la corrosion) des matériaux imprimés sont évaluées en comparaison aux alliages de référence en nickel-titane.