Magazine Mardi 25 juin 2019 - 17:55

Caractérisation du Lit de Poudre pour la Fabrication Additive Métallique

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En Normandie, les acteurs industriels et académiques se regroupent pour développer et promouvoir la fabrication additive métallique. Le consortium normand composé de : Analyses & Surface, ArianeGroup, CEVAA, CRISMAT, GPM, INSA Rouen Normandie, LMN, NAE et Volum-e, a lancé un grand projet de R&D pour la caractérisation et la qualification des poudres métalliques, nommé « CLIP FAM ».

La Normandie est une région industrielle avec, notamment, des compétences en fabrication métallique et dans l’élaboration des poudres. Des entreprises telles que GPM (Univ rouen, CNRS et INSA rouen) , CNRT Matériaux (UniCaen et Ensicaen), Analyses et Surface, CEVAA, ArianeGroup ou encore Volum-e dynamisent la région. Le choix de lancer un projet de R&D sur la caractérisation des poudres métalliques ne s’est pas fait au hasard. La région possède une activité aéronautique forte et utilisatrice de la technologie. Avec l’aide de l’Union Européenne, la région Normandie financera le projet CLIP FAM : Caractérisation du Lit de Poudre pour la Fabrication Additive Métallique.

Mieux appréhender l’impact de la qualité des poudres

Les propriétés fonctionnelles des pièces métalliques obtenues par fabrication additive sont fortement dépendantes des paramètres généraux du procédé, à travers la microstructure du matériau élaboré. Ainsi, la présence de porosités, d'une texture cristallographique ou morphologique, la présence de zones de matière non fondue, les contraintes résiduelles issues des gradients thermiques sont autant de facteurs pouvant nuire aux propriétés mécaniques des pièces. Ces différents défauts sont en partie liés aux caractéristiques de la poudre utilisée lors de la fabrication. Ils sont un frein au développement de la technologie et à son adoption par un plus grand nombre d’industriels. Le développement d’un outil, réaliste et simple, de qualification des poudres en fabrication additive métallique permettrait de mieux appréhender l’impact de la qualité de la poudre sur les pièces. 

Les phases d’étude du projet

Plusieurs acteurs normands piloteront le projet CLIP FAM et les différentes phases d’étude. Le laboratoire Analyses et Surface aura en charge le pilotage du lot 1 qui a pour objectif la caractérisation de l’étalabilité des poudres. Ce travail est mené en partenariat avec le CEVAA, le LMN et ArianeGroup. Il vise également à modéliser l’étalabilité des poudres et à améliorer la compréhension du phénomène sur la base des paramètres clés. Le GPM (Univ rouen, CNRS et INSA rouen)  aura en charge le pilotage du lot 2 qui doit caractériser et comparer plusieurs pièces issues de différents process de fabrication additive, réalisé en partenariat avec l’ensemble des acteurs. ArianeGroup pilotera le lot 3 afin d’évaluer l’impact d’une poudre avec une bonne ou une mauvaise étalabilité sur la pièce produite. Enfin, en charge du lot 4 sur la normalisation, Volum-e valorisera les travaux des comités de normalisation et alimentera les réflexions avec les résultats du projet.

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Créer un outil de modélisation des métaux

Lancé au 1erdécembre 2018, le projet CLIP FAM a pour but d’appréhender « le rôle joué par les caractéristiques du lit de poudre sur les propriétés générales de pièces métalliques conçues en fabrication additive » nous explique Yoann Le Souquet, chef de projet RTI et Industrie du Futur chez Normandie Aerospace (NAE). Le carnet de route prévoit plusieurs objectifs à atteindre :

  • développer une méthode de caractérisation de l’étalabilité des poudres métalliques pour la fabrication additive (banc d’essai) ;
  • renforcer la modélisation de l’étalabilité afin d’anticiper une production optimale ;
  • évaluer l’impact d’une poudre avec une bonne/mauvaise étalabilité sur la pièce produite ;
  • et appuyer l’émergence d’une norme spécifique sur la poudre (volet étalabilité).

« Nous souhaiterions pouvoir bénéficier d’un outil de modélisation sur les différents types de matériaux, à différents stades de vieillissement de la poudre, et ainsi être en mesure d’avoir une bonne maîtrise et une bonne compréhension des paramètres qui influent sur la qualité des pièces ».

Améliorer le recyclage des poudres

Pour le moment, le projet se concentre sur des poudres utilisées par les acteurs normands de l’industrie aéronautique, soit l’inconel, l’acier et l’aluminium. Il pourra évidemment se décliner, plus tard, sur d’autres métaux. Il doit également permettre de comparer plusieurs phases des poudres utilisées en fabrication additive : poudres neuves, poudres vieillies et poudres dégradées. Ces résultats permettront de « travailler sur les conditions et taux acceptables de recyclage des poudres, qui est un critère économique important », commente Yoann Le Souquet. « Nous souhaitons valoriser les résultats de ces travaux dans les comités de normalisation liés aux poudres métalliques pour par exemple travailler sur les critères de recyclabilité des poudres qui visent à mélanger de la poudre neuve avec de la poudre recyclée. Si nous apprenons à maîtriser l’impact de la poudre sur la pièce produite, nous pourrons optimiser les conditions de préparation de la poudre, diminuer les coûts tout en assurant la performance et l’homogénéité du matériau. » Le projet CLIP FAM devrait permettre une meilleure compréhension du rôle joué par les caractéristiques du lit de poudre sur les propriétés générales de pièces métalliques obtenues en fabrication additive. Les premiers résultats du projet CLIP FAM sont attendus pour la fin de l’année 2019. 

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