Des chercheurs ont réussi à fabriquer en 3D un cristal métallique d'un mètre de haut.
Quand on entend le mot « cristal », on pense souvent à un diamant ou à une pierre précieuse. Pourtant, les métaux sont eux aussi composés de cristaux. Dans une pièce métallique ordinaire, on trouve une multitude de petits grains dont les atomes ne sont pas orientés de la même façon.
Échantillons métalliques fabriqués par impression 3D : niobium, tungstène, molybdène et alliage molybdène-niobium. Les photographies sont accompagnées de cartes colorées montrant l'orientation de leur structure cristalline.
Les frontières entre ces grains peuvent devenir des zones fragiles, notamment lorsqu'un métal subit de fortes températures ou des efforts prolongés. Un monocristal, au contraire, possède la même organisation des atomes sur toute sa structure. Il peut ainsi présenter des propriétés très intéressantes pour certaines pièces techniques.
Le problème est de fabriquer ces cristaux dans de grandes dimensions. Avec les méthodes habituelles, leur croissance doit être soigneusement contrôlée et les formes possibles restent limitées. Des chercheurs ont donc choisi une autre voie : construire le métal progressivement, couche après couche, comme avec une imprimante 3D.
Leur méthode repose sur un chauffage très précis. Au lieu de chauffer le métal de manière constante, l'appareil alterne différents apports de chaleur et utilise des impulsions. Cette façon de faire contrôle la petite zone de métal fondu qui se solidifie.
L'équipe est ainsi parvenue à produire une structure en alliage de titane haute d'environ un mètre et large de quelques centimètres. Malgré ses dimensions, les atomes y conservent une organisation cristalline commune. Le résultat est un cristal unique de taille hors du commun.
Les chercheurs ont aussi montré que leur procédé pouvait fonctionner avec d'autres métaux difficiles à travailler, notamment le tungstène et le molybdène. Ces matériaux résistent à de très fortes températures, mais leur fabrication sous des formes élaborées demande souvent beaucoup d'efforts.
Pourquoi chercher de telles pièces ? Certains moteurs et équipements industriels utilisent des composants soumis à la chaleur et à des contraintes importantes. Pouvoir fabriquer des monocristaux de formes déterminées pourrait améliorer leur tenue et ouvrir de nouvelles possibilités de conception.
Pour le moment, cette technique reste une démonstration de laboratoire. Il faudra vérifier ses performances sur des pièces réelles, sa régularité et son coût avant d'envisager une fabrication industrielle à grande échelle.