Titane ou Aluminium : Métaux utilitaires pour l'usinage et l'impression 3D

Lorsque vous pensez à des caractéristiques matérielles idéales pour des pièces, la légèreté et la résistance vous viennent à l'esprit. Naturellement, l'aluminium et le titane présentent ces qualités. Ces deux matières bénéficient d'autres qualités importantes, notamment un excellent niveau de résistance à la corrosion et de tolérance à la chaleur. Avec l'impression 3D ou l'usinage CNC, ces deux métaux se sont avérés incroyablement polyvalents pour des pièces utilisées dans de nombreux secteurs.

L'aluminium et le titane sont légers, mais pour des raisons différentes. La densité réduite de l'aluminium (2,7 g/cm3) signifie qu'il est considérablement plus léger que des matières équivalentes telles que l'acier, qui est environ trois fois plus lourd. Bien que le titane soit environ deux tiers plus lourd que l'aluminium, sa résistance intrinsèque signifie que vous avez besoin de quantités moindres. En réalité, vous avez besoin d'une fraction de la quantité de titane pour obtenir la même résistance physique que celle de l'aluminium. Le titane est utilisé dans les réacteurs d'avions, par exemple, ainsi que dans les engins spatiaux. Sa résistance et sa légèreté réduisent les coûts de carburant.

The aluminum alloy used in the DMLS process adds silicon and magnesium, building parts with material properties exceeding their die-cast counterparts.

Propriétés matérielles de l'aluminium et du titane

Ce tableau fournit une présentation technique des types d'aluminium et de titane que nous proposons pour la DMLS et l'usinage.

Aluminium ou Titane

Vu que les deux matières présentent une grande résistance et un poids réduit, il est important d'identifier d'autres différentiateurs lors du choix de l'alliage à utiliser pour vos pièces.

• Résistance/poids : Dans des situations critiques où chaque gramme compte mais vous avez besoin de pièces résistantes, le titane est le bon choix. Les composants médicaux, les éléments complexes de satellites, les fixations et les supports en titane connaissent le succès pour cette raison précise.
• Coût:  L'aluminium est le métal le plus économique pour l'usinage ou l'impression 3D. Le titane est plus coûteux, mais il peut apporter une valeur ajoutée. Des pièces plus légères sont synonymes d'économies de carburant dans les applications de transport et les pièces en titane durent plus longtemps.
• Propriétés thermiques : Les applications qui nécessitent une conductivité thermique élevée, telles que les dissipateurs thermiques, tirent profit de l'aluminium. Pour des applications à haute température, le point de fusion élevé du titane avantage les applications où la résistance à la chaleur est une priorité, comme les composants de moteurs dans l'industrie aérospatiale.
• Résistance à la corrosion : L'aluminium et le titane bénéficient d'une excellente résistance à la corrosion.

Sa résistance à la corrosion et son manque de réactivité font du titane le métal le plus biocompatible. Il s'agit donc d'un excellent choix dans les applications médicales, telles que l'instrumentation chirurgicale. Ti 6-4 résiste bien dans les environnements salins. Il est souvent utilisé dans les applications marines.

Applications de l'aluminium

L'aluminium est présent partout : il s'agit du métal le plus répandu sur la planète. La fine couche d'oxyde d'aluminium qui se forme dessus lorsqu'il est exposé à l'air le rend pratiquement exempt de corrosion, tandis que sa légèreté empêche vos pièces de se comporter comme une ancre de bateau. Alors que l'aluminium ne réagit généralement pas aux acides, il a tendance à se corroder dans les environnement (basiques) alcalins.

En général, l'aluminium est adapté aux matériaux pour les aéronefs et la construction, notamment les structures non porteuses. Plus spécifiquement, l'aluminium 6082 est un choix idéal pour les cadres de vélos, les bouteilles de plongée, les moulinets de pêche, les petits bateaux et les châssis de véhicules. Les meilleures propriétés de résistance de l'aluminium 7075 conviennent parfaitement aux moules pour les matières plastiques et les outillages ainsi qu'aux armatures d'avions. Et si vous recherchez un bon conducteur électrique, l'aluminium est également adapté. Il bénéficie d'une remarquable capacité de transfert de la chaleur, ce qui le rend excellent pour les dissipateurs thermiques.

L'alliage d'aluminium utilisé dans notre procédé de frittage laser direct de métal (DMLS), AlSi10Mg, ajoute du silicium et du magnésium. Souvent utilisé pour la coulée, il est très proche de l'alliage de la série 3000, du fait de l'ajout de magnésium en tant qu'élément d'alliage principal. Les propriétés de l'aluminium imprimé en 3D dépassent celles de son équivalent coulé, sauf pour l'allongement à la rupture inférieur.

Applications du titane

Le titane est également l'un des métaux les plus courants sur terre, mais son point de fusion est très élevé : il est donc difficile à transformer en produit utilisable. Cela explique principalement pourquoi il est plus cher que les autres métaux. Les pièces en titane comportent d'autres conséquences financières car elles sont difficiles à usiner. Le titane est reconnu pour sa résistance et il présente un rapport résistance/poids élevé. Bénéficiant également d'une excellente résistance à la corrosion, il s'agit d'un mauvais conducteur électrique.

L'un des avantages du titane est sa faible dilatation thermique. Avec un point de fusion d'environ 1 660 °C, il garde mieux sa forme lorsqu'il est exposé à la chaleur. De plus, au lieu d'absorber la chaleur, le titane a tendance à la réfléchir. Vous le trouverez donc dans des fenêtres à faible émissivité, assurant une protection contre les rayons infrarouges chauffants émis par le soleil.

Concernant l'apparence, la couleur du titane varie en fonction de son niveau d'altération. Elle peut varier du gris terne sous sa forme brute à l'argent brillant une fois lissé. Le titane utilisé dans notre procédé DMLS est le Ti 6Al4V, plus communément appelé Ti 6-4. Ses propriétés mécaniques sont similaires au titane de grade 23 à l'état recuit et sa résistance à la traction est exceptionnelle.

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Pourquoi usiner de l'aluminium et du titane ?

Le tournage et le fraisage CNC sont des moyens éprouvés de fabriquer des pièces en aluminium et en titane. Les procédés sont rapides, la production des pièces durant souvent moins d'une journée, et ils respectent des tolérances de +/-0,1 mm. Si vous avez besoin rapidement d'un prototype de pièce, l'aluminium se distingue par son faible coût et sa qualité élevée. Cependant, l'usinage est plutôt limité en termes de géométries. Par conséquent, des conceptions extrêmement complexes nécessitent une autre solution, telle que la DMLS, quelle que soit la matière que vous choisissez.

Les déchets d'usinage sont un facteur auquel vous ne penseriez peut-être pas lors du choix de la matière. Tandis que le fraisage d'excès de matière ne constitue pas un problème pour l'aluminium, peu coûteux, ce n'est pas l'idéal pour le titane, au coût élevé. Par conséquent, les ingénieurs choisissent souvent de fabriquer des prototypes en aluminium, puis passent au titane pour les pièces de production. L'usinage d'aluminium est répandu dans l'industrie automobile, où l'allègement est essentiel pour accroître les économies de carburant et réduire l'impact sur les performances, comme avec ce tendeur pour Litens Automotive.