Le moulage par injection de poudres métalliques (ou céramiques) consiste à mélanger des poudres métalliques micrométriques avec un liant polymère, à injecter le mélange dans une empreinte de forme, à évacuer le liant polymère, puis à densifier le squelette de poudres résultant.
• Le procédé permet de réaliser des composants 3D de formes très complexes, avec des matériaux très divers (poudres d’acier inoxydable, de tungstène, de carbures métalliques…). Des composants de quelques dizaines de microgrammes ont déjà été obtenus, tandis que la masse maximale se situe au niveau de quelques centaines de grammes. Le moulage par injection de poudres constitue un moyen industriel de production en grande série de microcomposants métalliques ou céramiques, à partir d’empreintes de moule réalisées par microfraisage, microélectroérosion à fil fin ou par enfonçage, ablation laser ou technologie LIGA.
• L’équipe Modélisation et mise en forme des matériaux (ENSMM et laboratoire de Mécanique appliquée R. Chaléat de l’université de Franche-Comté) s’intéresse à cette technologie depuis 1995 et a développé un pilote expérimental complet, les moyens d’analyse associés, ainsi qu’un ensemble de modélisations et logiciels de simulation du procédé.
• La maîtrise de la réalisation de composants a pu être acquise sur plusieurs types de composants, pour différents matériaux métalliques, avec des liants pour déliantage catalytique ou thermique. Le choix des paramètres d’injection est déterminé grâce à un logiciel de simulation 3D, développé par l’équipe, basé sur une approche multiphasique et multiéchelles permettant d’apprécier les zones éventuelles de ségrégation, les zones mortes, les effets de la gravité, ainsi que les effets des principaux paramètres d’injection (pression, température, position des points d’injection).
• Des mesures de masse, densité et géométrie des composants après injection ont permis de vérifier la bonne reproductibilité des composants obtenus, tandis que des observations de microstructures confirment l’absence de criques, ruptures ou éventuelles zones de ségrégation importantes.
• Les cycles de déliantage thermique et de densification par diffusion à l’état solide ont pu être optimisés grâce à des observations de microstructures et à la mesure des propriétés mécaniques des échantillons après densification. Il est à noter que de très bonnes propriétés mécaniques ont été obtenues, comparables ou bien supérieures à celles obtenues par d’autres laboratoires ou industriels.
• La phase de densification a également été modélisée, puis simulée numériquement par la méthode des éléments finis, à l’aide d’une approche multiéchelles partant des particules de poudres en contact, jusqu’au composant final, par l’intermédiaire de modèles d’empilement de poudres.
• L’équipe dispose donc d’un ensemble expérimental complet pour la réalisation de composants et microcomposants, pour l’analyse des propriétés des composants (mesures de dimension, masse, densité, microstructure, propriétés mécaniques). Les logiciels de simulation développés permettent de caractériser, avant la mise en oeuvre du procédé, les propriétés finales des composants et permettent de choisir de façon optimale les paramètres de procédés et les cycles thermiques.
• Enfin, des recherches sont entreprises pour la réalisation de micromoules et microcomposants par frittage sélectif de poudres par laser. Un ensemble complet de réalisation de microcomposants à partir de poudres sera donc disponible.
Jean-Claude Gelin – Thierry Barrière
Equipe Modélisation et mise en forme des matériaux Laboratoirede Mécanique appliquée R. Chaléat
ENSMM – Université de Franche-Comté
Tél. 03 81 66 60 35 – Fax 03 81 66 67 00
Email jean-claude.gelin@univ-fcomte.fr
Email thierry.barriere@univ-fcomte.f
