La poudre de métal conquiert le monde
Selection, utilisation et manipulation
Des matériaux de départ alternatifs impliquent toujours de nouveaux soucis, même lors du passage apparemment simple du massif à la poudre. La situation est encore plus complexe si on passe à la fois de l’usinage par enlèvement classique à une production intelligente par couches comme la fabrication additive et l’impression 3D. Application, machine, logiciel et matériau de base dépendent, en effet, du contenu dans toute la chaîne de fabrication. Dans l’AM industriel et 3DP en métal, les aspects cruciaux du matériau sont encore trop souvent oubliés, du moins vu le peu de publications. D’où cette vue d’ensemble des aspects jouant un rôle majeur et parfois critique dans l’Additive Manufacturing complexe, avec en partie de nouvelles poudres de métal.
GENERATION DE PRODUITS EN POUDRE
L’industrie fait actuellement face à une énorme diversité de nouveaux processus de production innovants, fabriquant des produits complexes avec une fonctionnalité et une valeur ajoutée accrues d’une pièce – directement depuis le CAO 3D. Les méthodes soustractives traditionnelles enlèvent du métal d’un matériau de départ surdimensionné, tandis que l’Additive Manufacturing a un tout autre point de départ: ajouter uniquement où cela est nécessaire sur la section du produit, de fines couches de poudre et les fondre jusqu’à ce que la pièce unique ou le produit de petite série soit prêt. Cette méthode de production donne dans la pratique la consommation de matériau et d’énergie la plus réduite possible d’un point de vue volumétrique, réduit considérablement les déchets, tandis qu’il n’y a plus besoin de matrices demandant beaucoup de travail. Une fois adaptés spécifiquement à l’AM, ces composants ne peuvent quasiment plus être produits de la manière conventionnelle. Les avancées sont déjà telles que les pièces AM – avec 99,5-99,98% de densité – rivalisent en moyenne avec les versions coulées. Les pièces forgées sont dans la catégorie des produits near-net-shape encore supérieures.
METALLURGIE DES POUDRES
La métallurgie des poudres n’est pas nouvelle. Dans la Revue Technique Philips, année 1939, le prof. J.F. Fast (Philips NatLab) disait déjà disposer de métal dans cette forme de départ. La source d’énergie concentrée censée l’aider pour la conversion de poudre en produit physique lui faisait toutefois alors encore défaut. D’autres techniques (frittage, MIM, projection à la flamme, ...) utilisent la poudre de métal depuis des décennies. Entre-temps, un large spectre AM est cependant proposé, en partie pour un usage ouvert, en partie propre à la machine ou comme special optimisé.
SLM et LMD favoris
Les technologies AM donnant le ton de la fusion de lit de poudre (Selective Lasermelting) et du dépôt au laser (Laser Metal Deposition) partent pour la construction directe et en couches de métaux triés sur le volet en poudre.
Coût en relation avec l’offre
Le niveau de prix des poudres est élevé, comparé au coût de matériau au kilo – allant jusqu’à un facteur 4 à 5. N’ayez pas peur si un petit capital se cache dans le conteneur de réserve ou le réservoir de la machine pouvant atteindre des dizaines de milliers d’euros. Maintenant que les plus gros constructeurs d’avions et de machines se jettent sur l’AM comme marché en plein essor, la production à grande échelle est en vue (e.a. avec des unités de production), ce qui va réduire le prix.
FABRICATION SPECIALE
Les métaux en poudre peuvent être produits de différentes manières. Il n’est pas question ici d’exécuter simplement une formule standard. En règle générale, la poudre est obtenue en refroidissant rapidement un jet de fines gouttes de masse fondue.
Cette approche spécifique peut toutefois donner d’importantes différences de quantité et de qualité: aucun processus ne produit, en effet, une taille et une forme fixes. La vitesse à laquelle les particules se figent, détermine en particulier la forme.
- La nébulisation de gaz produit surtout des particules sphériques de bonne qualité.
- La version VIM (Vacuum Induction Melting) donne de la poudre d’alliages très résistants à la chaleur sans traces d’O2 – vu que ce procédé se passe sous vide.
- L’injection de masse fondue nébulisée dans un film d’eau à haute pression donne lors de l’atomisation d’eau de la poudre irrégulière de qualité médiocre.
- La nébulisation au plasma fait fondre avec des torches au plasma un fil amené en continu.
- L’atomisation centrifuge (REP) utilise, elle, une électrode à rotation rapide fondant avec peu d’inclusions étrangères. La même composition chimique subsiste donc, même dans le cas de métal fortement allié.
- L’électrolyse génère une poudre spongieuse qui est généralement encore broyée.
Dans la pratique, il est question de différences par fabricant, par commande et même par batch. Aucune poudre n’est donc en fait standard, en dehors des éléments essentiels. C’est aussi pourquoi différents fournisseurs de machines recommandent souvent leur 'propre' formule.