Quels défauts internes apparaissent dans les pièces Inconel DMLS et comment sont-ils maîtrisés ?

Du point de vue de l’ingénierie, les défauts internes dans les pièces en Inconel fabriquées par fusion laser directe de métal (DMLS) proviennent principalement de l’interaction entre l’énergie du laser, la qualité de la poudre, la stratégie de balayage et le support des surfaces en surplomb. Lorsque nous fabriquons des composants critiques en superalliage par frittage laser direct de métal (DMLS), puis les finissons à l’aide de services d’usinage CNC pour superalliages, notre objectif est de maîtriser la porosité, les fissures et l’inhomogénéité microstructurale afin de répondre aux exigences rigoureuses des secteurs de l’aéronautique, de la production d’énergie et du pétrole et gaz.

Défauts internes typiques dans les pièces Inconel DMLS

Le défaut interne le plus courant est la porosité. Les pores de non-fusion apparaissent lorsque l’énergie laser est insuffisante ou que les pistes de balayage sont mal alignées, laissant des zones non fondues entre les couches. La porosité gazeuse et les pores en « keyhole » se forment lorsque des gaz piégés ou une énergie excessive créent des cavités de vapeur qui se solidifient sous forme de vides arrondis. Dans les alliages à haute résistance tels que l’Inconel 718 ou les alliages Inconel génériques, ces pores peuvent servir de points d’initiation de fissures de fatigue sous chargement cyclique.

Une autre catégorie de défauts concerne la microfissuration, en particulier les déchirures à chaud le long des joints de grains. Les superalliages à base de nickel possèdent des intervalles de solidification étroits et de fortes contraintes résiduelles ; si les paramètres de procédé ou la conception de la pièce ne sont pas optimisés, les gradients thermiques peuvent provoquer des fissures microscopiques dans la masse. Enfin, des zones de manque de consolidation (particules non fondues, re-fusion incomplète des couches précédentes) peuvent apparaître dans les régions ombrées, les parois très fines ou les zones à faible dissipation thermique.

Contrôle des paramètres de procédé et de la poudre

La maîtrise des défauts commence par la poudre. Nous spécifions des poudres Inconel de qualité aéronautique avec des distributions granulométriques strictes, des morphologies sphériques et une faible teneur en oxygène, et nous surveillons les cycles de réutilisation pour éviter la dégradation de l’écoulement et l’augmentation de la reprise de gaz. Côté procédé, les ensembles de paramètres DMLS (puissance laser, vitesse de balayage, espacement des passes, épaisseur de couche) sont soigneusement ajustés et figés pour chaque alliage et gamme d’épaisseur de pièce.

Les stratégies de construction — telles que le balayage en bandes ou en échiquier, les passes de contour et la rotation des vecteurs de balayage — sont utilisées pour réduire les contraintes résiduelles et éviter l’accumulation de chaleur répétée dans une même zone. Pour les programmes critiques, nous nous appuyons sur des fenêtres de procédé développées à partir d’éprouvettes et d’essais destructifs, puis appliquons un contrôle statistique des procédés afin de maintenir la stabilité du bain de fusion. Pour de nombreuses pièces finales, nous combinons le DMLS avec une conception proche de la forme finale et finissons les dimensions critiques par usinage CNC et, si nécessaire, usinage par électro-érosion (EDM) afin d’éliminer tout défaut connecté à la surface.

Post-traitement et contrôles non destructifs pour atténuer les défauts internes

La méthode la plus efficace pour réduire la porosité interne dans les pièces Inconel DMLS est le pressage isostatique à chaud (HIP). Sous haute température et pression gazeuse isostatique, les pores sous la surface se referment et se soudent, améliorant considérablement la durée de vie en fatigue. Le HIP est généralement suivi d’un cycle de traitement thermique adapté aux alliages tels que l’Inconel 718, afin de développer les précipités de renforcement gamma-prime/gamma-double-prime et d’obtenir les propriétés mécaniques requises.

Après le HIP et le traitement thermique, nous réalisons un usinage de précision et un meulage CNC sur les surfaces d’étanchéité, les portées de roulements et les interfaces afin d’éliminer les défauts de surface et de garantir la précision dimensionnelle. La qualité interne est vérifiée par des essais non destructifs, incluant la radiographie ou la tomodensitométrie (CT scan) pour la porosité et les manques de fusion, l’inspection ultrasonore pour les indications planes et, si nécessaire, le contrôle par ressuage pour détecter les fissures ouvertes à la surface.

Pour la production en série, nous qualifions l’ensemble de la chaîne additive-vers-usinage — poudre, paramètres de construction DMLS, HIP, traitement thermique, finition et inspection — sur des composants d’essai représentatifs. Cette approche intégrée permet aux pièces Inconel DMLS de satisfaire aux exigences de fiabilité des composants de turbines, des échangeurs de chaleur et des collecteurs haute pression, tout en conservant la liberté de conception et la rapidité de fabrication offertes par l’impression 3D métallique et l’usinage CNC de pièces sur mesure.