1. Caractéristiques matérielles et valeur d’application de l’alliage d’aluminium AlSi10Mg
AlSi10Mg est un alliage d’aluminium de fonderie du système aluminium-silicium-magnésium, doté d’excellentes aptitudes à la coulée et au soudage. Avantages de l’impression SLM : faible densité de 2,67 g/cm³, résistance spécifique élevée, bonne conductivité thermique de 130 à 150 W/(m·K), microstructure à solidification rapide. Propriétés mécaniques : à l’état imprimé par SLM, résistance à la traction de 380 à 450 MPa, limite d’élasticité de 230 à 280 MPa, allongement de 5 à 12 % ; après traitement thermique, la résistance à la traction peut atteindre 450 à 500 MPa. Domaines d’application : pièces allégées pour l’automobile, composants structurels aérospatiaux, pièces de dissipation thermique pour l’électronique.
2. Paramètres du procédé SLM et configuration de l’équipement
Exigences de configuration de l’équipement : puissance du laser supérieure ou égale à 300 W, température du substrat de 150 à 200 °C, gaz de protection à l’argon de haute pureté. Paramètres de procédé recommandés : puissance laser de 300 à 350 W, vitesse de balayage de 1000 à 1500 mm/s, espacement de balayage de 80 à 100 μm, épaisseur de couche de 30 à 40 μm, correspondant à une densité d’énergie de 50 à 70 J/mm³. Stratégie de balayage : balayage en damier, balayage par îlots, rotation inter-couches de 67 degrés.
3. Caractéristiques microstructurales et procédé de traitement thermique
Caractéristiques microstructurales de l’AlSi10Mg imprimé par SLM : phase silicium ultrafine, structure eutectique cellulaire, forte densité de dislocations. Comparaison avec la microstructure de fonderie : la microstructure SLM est plus fine et plus homogène, avec de meilleures propriétés mécaniques. Procédé de traitement thermique : traitement T5 (vieillissement artificiel à 160-180 °C pendant 5 à 6 heures), traitement T6 (traitement de mise en solution à 530-540 °C suivi d’un vieillissement artificiel). Post-traitement : usinage, grenaillage, anodisation.
4. Conception et fabrication de structures allégées
Méthodes de conception allégée : optimisation topologique, structures lattices, structures à parois minces raidies. Points clés de conception : épaisseur de paroi supérieure ou égale à 0,8-1 mm, espacement des nervures de renfort de 10 à 20 mm, taille des cellules de la structure lattice de 3 à 8 mm. Cas pratique : conception d’un support automobile, où la conception initiale était une pièce usinée en alliage d’aluminium, d’un poids de 850 g. Solution d’optimisation topologique : répartition du matériau optimisée selon les chemins de charge, structure de remplissage lattice imprimée par SLM, poids réduit à 380 g, soit une réduction de masse de 55 %.
5. Cas d’application réels
Cas 1 : conception d’un support de montage aérospatial, solution SLM : conception optimisée topologiquement avec structure de remplissage lattice, poids réduit à 140 g, réduction de masse de 56 %, cycle de production ramené à 3 jours. Cas 2 : conception d’un dissipateur thermique électronique, solution SLM avec canaux d’écoulement internes complexes et structure à ailettes externes, puissance de dissipation thermique portée à 70 W, soit une augmentation de 40 %. Contrôle qualité : gestion de la poudre, surveillance du procédé, inspection après traitement. Normes de qualité : densité supérieure à 99,5 %, précision dimensionnelle de ±0,1 mm, résistance à la traction supérieure ou égale à 380 MPa.
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