Utilisation de l'impression 3D pour renforcer les moteurs à réaction

Institut des sciences et technologies de Skolkovo, Moscou, Russie

Les ingénieurs de Skoltech ont utilisé une imprimante 3D pour fabriquer - et étudier les caractéristiques mécaniques - d'échantillons d'alliages de bronze et d'acier jusque-là inconnus de la science des matériaux. Alliant les propriétés distinctes du bronze et de l'acier, les nouveaux alliages pourraient être utilisés pour fabriquer des chambres de combustion pour les moteurs d'avions et de fusées. Ceux-ci bénéficieraient à la fois de la capacité de l'acier à résister à des températures extrêmes et de la capacité du bronze à évacuer la chaleur de la chambre.

"L'impression 3D est prometteuse pour la fabrication de pièces composites, dotées des propriétés des deux matériaux distincts qui composent le composite", a déclaré le professeur associé Igor Shishkovsky, Skoltech Materials. "Considérez, par exemple, que l'acier résiste aux températures élevées créées par la combustion de carburant dans un moteur en marche. C'est formidable, mais comparé au bronze, l'acier est un conducteur thermique modeste, de sorte que le liquide de refroidissement du moteur ne peut pas siphonner la chaleur aussi efficacement pour éviter la surchauffe et les dommages. Eh bien, avec l'impression 3D, vous pouvez réellement obtenir le meilleur des deux mondes en fabriquant une chambre de combustion qui passe de manière transparente du bronze à l'intérieur pour une meilleure gestion de la température à l'acier à l'extérieur pour maintenir la structure ensemble."

L'équipe a rapporté la première synthèse d'un alliage bronze-acier à l'aide d'une technique d'impression 3D appelée dépôt laser direct, qui fond et fusionne des ingrédients en poudre via un faisceau laser à chaque point successif de la pièce métallique au fur et à mesure de sa création.

L'équipe de Skoltech, en fait, a combiné le bronze et l'acier de deux manières différentes, obtenant à la fois des alliages quasi homogènes et des structures en sandwich. Dans le premier cas, les deux matériaux sont mélangés à peu près uniformément dans tout l'échantillon, tandis que le second consiste en une série de couches alternées de bronze et d'acier de 0,25 mm d'épaisseur. Les chercheurs ont utilisé un type d'acier mais ont fait varier sa teneur dans l'alliage de 25% à 50% et ont expérimenté trois variétés communes différentes de bronze.

Les résultats ont confirmé que les deux matériaux fusionnaient bien, sans formation de défauts, et ont étudié les propriétés structurelles et mécaniques de l'alliage bronze-acier. Pour ce faire, l'équipe a fait pousser des barres verticales de bas en haut et a examiné leur forme, leur composition chimique et leur microstructure.

"Lorsque quelque chose ne va pas, la forme de l'échantillon peut être visiblement déformée ou il peut se fracturer en couches lors de l'impression 3D. Cela signifie généralement que les matériaux utilisés ne sont pas adaptés ou que les conditions n'ont pas été correctement définies", a déclaré Shishkovsky.

Ne trouvant aucun problème jusqu'à présent, les chercheurs ont procédé à la découpe de minuscules morceaux de différentes parties des échantillons et ont étudié leur structure interne avec une microscopie optique et électronique à balayage. Les principales caractéristiques mécaniques ont ensuite été obtenues dans une large gamme d'essais mécaniques de composites sandwichs poursuivis jusqu'à leur destruction.

"Maintenant que nous avons confirmé que l'acier et le bronze peuvent être combinés dans un alliage et sont compatibles avec l'impression 3D par dépôt laser direct, et que nous connaissons les caractéristiques mécaniques du nouveau matériau, nous pouvons explorer ses applications possibles", a déclaré le premier auteur de l'étude, Konstantin Makarenko, étudiant chez Skoltech Materials. "Pour l'avenir, j'aimerais fabriquer et tester une chambre de combustion en acier-bronze chez Skoltech, mais au-delà, d'autres éléments sont possibles et d'autres combinaisons de métaux pourraient être utilisées.

"La prochaine étape serait de créer des aubes de turbine en superalliage renforcé avec des canaux de refroidissement en bronze. Il s'agit de combiner les avantages de deux matériaux distincts dans un seul produit sans soudure ni autres jonctions."

Pour plus d'informations, contactez Skoltech Communications à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le voir.; +7 495-280-1481.

Cet article est paru pour la première fois dans le numéro de juin 2023 de Tech Briefs Magazine.

Lire plus d'articles des archives ici.

S'ABONNER