Impression 3D de métaux amorphes

La nouvelle super matière en fabrication additive

Extrêmement rigides, mais en même temps très élastiques : les métaux amorphes, également appelés verres métalliques, sont LA nouvelle super matière pour l'impression 3D de nombreuses applications de haute technologie. Leur propriétés passionnantes offrent un énorme potentiel pour des composants innovants dans les domaines de la technologie médicale, de l'aérospatiale, de la robotique, de l'électromobilité ou du style de vie.*

Que sont les métaux amorphes ?

Quelles sont les applications amorphes ?

L'équipe de rêve : impression 3D de métaux amorphes

Que sont les métaux amorphes ?

Les métaux amorphes sont également appelés verres métalliques et sont tout à fait extraordinaires. En effet, bien qu'ils soient extrêmement rigides, ils sont en même temps très élastiques. Ce sont à vrai dire deux propriétés opposées, mais la nature unique des verres métalliques le rend possible. Les métaux amorphes, contrairement aux matières cristallines, n'ont pas de structure en treillis ordonnée. Cela est dû à un taux de refroidissement élevé de la masse fondue. Cela empêche les particules de se répartir uniformément dans le métal. Le résultat : un corps solide amorphe, et donc non cristallin, dans lequel les atomes demeurent dans un état presque désordonné.

Quels sont les avantages des verres métalliques ?

Dureté et rigidité élevées combinées à une grande élasticité : cette combinaison unique se traduit par d'innombrables avantages dans la fabrication de composants amorphes.

Comportement isotrope

Les composants amorphes ont les mêmes propriétés matérielles dans toutes les directions de l'espace. Il en résulte de nombreux avantages, dans la fabrication additive par exemple dans la mesure où l'espace d'installation peut être utilisé de manière optimale en fonction de l'orientation du composant.

Biocompatibilité

Les composants amorphes imprimés en 3D sont biocompatibles et donc prédestinés à de nombreuses applications de technologie médicale. Les implants amorphes peuvent ainsi être adaptés individuellement au physique du patient.

Elasticité

Les métaux amorphes ont une limite d'élasticité élevée associée à un allongement élastique de près de 2 %. Il en résulte de nombreux avantages dans la production d'implants, de capteurs ou d'articulations flexibles dans la mesure où la suspension est nettement améliorée.

Construction allégée

En raison de leur grande résistance, les composants fabriqués à partir de métaux amorphes peuvent être plus fins, moins gourmands en matière et donc plus légers. Cet aspect est particulièrement important dans le domaine de la robotique ou de la technologie médicale, mais aussi dans l'aérospatiale et l'électromobilité.

Utilisation dans des environnements très froids

Les métaux amorphes sont ductiles à basse température, ce qui signifie qu'ils sont excellents dans des applications à très basse température et qu'ils conservent leurs propriétés. Cette catégorie de matière est donc prédestinée à l'industrie aérospatiale.

Résistance à l'usure

Les métaux amorphes ont une dureté très élevée et donc une faible abrasion, comparable à celle des céramiques. Cette propriété est particulièrement importante pour les composants fortement sollicités dans la fabrication d'outils et de moules ainsi que dans les produits tendance comme des montres.

Métaux amorphes - 3 questions sur la nouvelle super matière

Comment des métaux amorphes peuvent-ils être imprimés en 3D ?

TRUMPF et Heraeus AMLOY ont développé ensemble un procédé qui fonctionne avec un foyer très fin et un volume de fusion extrêmement faible. La chaleur est rapidement évacuée. De cette manière, le temps de refroidissement critique de 200 Kelvin par seconde est atteint : un implant adapté individuellement et solidifié de manière amorphe se développe à partir du lit de poudre.

Qu'apportent les métaux amorphes aux implants ?

Comme les verres métalliques ne possèdent pas de structure cristalline, ils se comportent de manière totalement différente des autres métaux. Ils sont à la fois extrêmement solides, très élastiques et très résistants à l'usure. Les implants en métaux amorphes peuvent ainsi aussi parfaitement résister aux énormes contraintes du corps humain. Il ne s'agit pas seulement ici de coups ou de chocs. La mâchoire est régulièrement soumise à de fortes contraintes en mordant ou en mastiquant.&La cage thoracique supporte environ huit millions de mouvements respiratoires par an.

Pourquoi les verres métalliques sont-ils particulièrement adaptés à l'impression 3D des os ?

Les alliages amorphes ont un module d'élasticité proche de celle de l'os humain. Cela présente un avantage énorme pour le processus de guérison et la capacité de charge de la partie du corps précédemment affaiblie. En même temps, les alliages sont résistants à la corrosion et certifiés biocompatibles.

Alliages de métaux amorphes - 4 propriétés à la loupe

Heraeus AMLOY a développé des alliages innovants qui conviennent entre autres parfaitement à la production d'implants innovants. Il existe déjà des alliages à base de zirconium comme Amloy-ZR01 et Amloy-ZR02. Ce dernier est déjà une matière biocompatible certifiée selon les normes ISO 10993-5 et ISO 10993-12. Le titane est de plus considéré comme une matière pour les composants médicaux tels que les implants osseux ou les stimulateurs cardiaques. Les recherches actuelles sur les alliages de titane en technologie médicale sont prometteuses. Qu'il s'agisse de titane ou de zirconium, les alliages amorphes présentent des propriétés diverses et sont donc particulièrement avantageux pour des applications spécifiques.

Module d'élasticité

Les métaux amorphes ont un faible module d'élasticité (E-Modul 87 GPa pour Amloy-ZR01 et 89 GPa pour Amloy-ZR02). Comme il est très comparable à l'os humain les alliages sont très bien adaptés aux applications médicales.

Dureté

Les verres métalliques se distinguent par une dureté très élevée allant jusqu'à 540 HV pour Amloy-ZR02. Cette dureté s'accompagne d'une très bonne résistance à l'usure, ce qui illustre par exemple ses atouts dans la fabrication de montres tendance.

Limite d'élasticité

Les métaux amorphes ont une limite d'élasticité très élevée (> 1 300 MPa). En combinaison avec leur densité inférieure à celle de l'acier, ils sont en conséquence particulièrement prédestinés à être utilisés dans des applications de construction légère.

Ductilité

La ductilité élastique très élevée (> 1,5 %) des métaux amorphes garantit que les composants absorbent beaucoup d'énergie dans le domaine élastique et la restituent sans déformation. Ces alliages sont ainsi particulièrement adaptés aux applications soumises à des contraintes élastiques.

Quelles sont les applications amorphes ?

De la montre tendance aux constructions légères en passant par les technologies médicales : les métaux amorphes ouvrent de nouvelles possibilités d'application pour un large éventail de secteurs et d'industries. L'avantage essentiel est celui de la combinaison de l'impression 3D et des verres métalliques. Découvrez-le !

Quelles sont les applications amorphes ?

De la montre tendance aux constructions légères en passant par les technologies médicales : les métaux amorphes ouvrent de nouvelles possibilités d'application pour un large éventail de secteurs et d'industries. En effet, la combinaison de l'impression 3D et des verres métalliques permet avant tout de traiter la matière de manière optimale et de générer les structures les plus fines avec des surfaces lisses. Les applications qui exigent une très haute résistance à la corrosion et à l'usure peuvent être idéalement mises en œuvre.

Technologie médicale

Avec les métaux amorphes, la technologie médicale obtient exactement ce qu'elle recherche : les matériaux parfaits pour fabriquer des scalpels durables ou des instruments peu invasifs. A l'avenir, les métaux amorphes joueront également un rôle important dans le corps humain, sous forme d'implants.

Implant pour poignet : plaque du radius

Des implants amorphes sur mesure sortent de l'imprimante 3D. Ils ont d'une part la résistance nécessaire, mais sont d'autre part suffisamment souples pour suivre et amortir les mouvements. Les structures de surface poreuses fabriquées de manière additive facilitent de plus la croissance de l'os. Par rapport à d'autres matières, les qualités de surface de 1 micromètre sont nettement meilleures directement après l'impression. Un avantage certain lorsque l'implant doit être retiré. (Source image : Heraeus AMLOY)

Produits tendance

Des surfaces polissables de haute qualité et résistantes aux rayures confèrent aux produits tendance le petit « quelque chose » en plus. Ces produits sont donc essentiels pour l'électronique grand public, les montres et les bijoux de grande qualité.

Chevalets de guitare

Une transmission optimale est cruciale pour les chevalets de guitare. Comme les métaux amorphes sont très élastiques, ils transmettent l'attaque d'une note plus directement et la maintiennent plus longtemps. La résistance élevée des métaux amorphes offre également de nouvelles libertés de conception : des structures bioniques individuelles peuvent par exemple être imprimées en 3D, ce qui améliore encore le son. (Source image : Heraeus AMLOY)

Boîtier de montre

L'entreprise suédoise Oskar Pascal produit le premier boîtier de montre au monde en métal ZR01, qui est trois fois plus résistant que l'acier inoxydable. La qualité élevée des surfaces répond aux exigences des clients et contribue de manière significative au lien émotionnel entre la montre tendance et son propriétaire. Le surrefroidissement (supercooling) permet d'obtenir une résistance exceptionnelle à la rupture et une protection contre la corrosion nettement plus élevée par rapport au coulage classique. (Source image : Oskar Pascal)

Ecouteurs

Le boîtier des écouteurs intra-auriculaires IE 600 de Sennheiser est imprimé en 3D avec un alliage de zirconium et est trois fois plus solide et plus résistant aux pliures qu'avec de l'acier de haute qualité. Le résultat répond aux exigences les plus élevées en matière d'esthétique et de fonctionnalité : la surface n'est donc pas simplement élégamment satinée, elle est également extrêmement résistante à la corrosion et aux rayures. (Source image : Sennheiser)

Industries générales

Avec la méthode additive, de nombreux composants fabriqués industriellement peuvent être produits « comme un tout ». Cela signifie que les composants ne doivent pas être fabriqués séparément pour être ensuite assemblés.

Manchon d'extension amorphe

Le manchon d'extension présente un potentiel élevé d'amélioration, grâce à l'impression 3D de métaux amorphes. Comme les alliages amorphes atteignent une élasticité beaucoup plus élevée que les matériaux conventionnels, il est possible de beaucoup mieux tendre le manchon. (Source image : Heraeus AMLOY)

Avec ces machines, vous imprimez de manière amorphe, même en série.

Pourquoi l'impression 3D et les métaux amorphes forment une véritable équipe de rêve : découvrez ici comment les systèmes TruPrint de TRUMPF et les poudres de grande pureté spécialement optimisées de Heraeus AMLOY se combinent parfaitement.

Avec ces machines, vous imprimez de manière amorphe, même en série.

Une véritable équipe de rêve : impression 3D de métaux amorphes. En d'autres termes, les systèmes TruPrint de TRUMPF et les poudres de grande pureté spécialement optimisées de Heraeus AMLOY. Les TruPrint 1000 et 2000 sont en effet particulièrement bien adaptées à l'impression de métaux amorphes. Les petits diamètres du faisceau permettent d'obtenir les meilleures qualités de surface. Cela simplifie, voire élimine, le besoin de retouche des applications. La poudre excédentaire peut être préparée « inerte » pour la suite du processus de construction, c'est-à-dire sous gaz de protection. La matière est ainsi protégée des influences néfastes comme l'oxygène, qui réagit rapidement avec les verres métalliques. Avec un diamètre du faisceau de 55 µm, le laser crée un petit bain de fusion. La chaleur est rapidement évacuée et le taux de refroidissement critique de 200 Kelvin par seconde est maintenu. Le métal ne peut ainsi pas cristalliser. Dans la TruPrint 2000, deux lasers de 300 watts exposent même en parallèle la totalité du volume de construction. Les composants amorphes peuvent ainsi être produits en série avec une grande qualité et de manière productive. Grâce au Condition Monitoring, au Powder Bed Monitoring et au Melt Pool Monitoring, les défauts du processus peuvent de plus être détectés à un stade précoce. Une affaire qui tourne rond.

Demandez à l'expert : notre spécialiste des matières, Christian Schauer, commente

Christian Schauer présente le nouveau groupe de matières des verres métalliques, leurs propriétés particulières et leurs applications.

_{Vous trouverez d'autres informations relatives aux métaux amorphes sur : www.heraeus-amloy.com}

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_{*Source image titre : Heraeus AMLOY}

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