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La métallurgie réinvente la poudre

M. L. T.

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La métallurgie réinvente la poudre

La presse adiabatique du Cetim (à droite) produit des pièces mécaniques (ci-dessus des éléments d'engrenage).

© Federal Mogul ; DR

- En matière de métallurgie des poudres, l'injection de métal et les techniques de compactage donnent accès à des pièces complexes.

Prothèses de hanche, moteurs aéronautiques, composants d'horlogerie, composants électriques d'automobiles..., la métallurgie des poudres donne accès à des pièces on ne peut plus diverses. Pourtant, cette famille de technologies n'a, pour l'instant, gagné qu'une modeste place dans la transformation des métaux. En France, les industriels et les chercheurs impliqués tentent cependant de sortir des marchés de niche et développent des solutions nouvelles.

La société Alliance (Saint-Vit, Doubs) produit, par exemple, des pièces pour l'horlogerie par injection d'acier Inox, d'alliages de titane et de métaux magnétiques. L'entreprise jurassienne Hoptec développe des pièces médicales injectées en titane et en acier Inox sans nickel. Technicome (Trappes, Yvelines) distribue, quant à elle, un procédé de moulage par injection d'aluminium - AluMIM - développé par la société singapourienne AMT. Cette technique s'applique aux secteurs de l'emballage, de l'électronique, de l'automobile et de l'aéronautique pour la production de formes complexes avec des tolérances serrées et en grande série. Le procédé serait aussi adapté à la fabrication de composants bimétalliques comme alternative à l'assemblage de deux composants de métaux différents.

Aubert & Duval a, de son côté, conçu un procédé de métallurgie des poudres autre que l'injection. Dénommée Isoprec, cette technique de compactage isostatique à chaud produit des pièces à la cote finale. Plusieurs pièces aéronautiques sont fabriquées ainsi : le rouet de turbopompe pour le moteur Vinci (en alliage de titane), le carter de turbine basse pression du moteur CFM56 (en superalliage de nickel) et le générateur de gaz du moteur Vulcain (en superalliage de nickel également). Selon Aubert & Duval, ce procédé convient surtout aux matériaux coûteux ou chers à usiner, et donne des caractéristiques hors de portée de la fonderie de précision.

Au niveau de la recherche, plusieurs équipes françaises sont impliquées dans la métallurgie des poudres. L'institut Femto-ST (Besançon, Doubs) développe, par exemple, des applications médicales comme des prothèses de hanche par injection d'Inox ou en titane. Ces chercheurs s'intéressent aussi à la simulation : ils ont conçu les logiciels FeaPIM pour l'étape d'injection et Sinterform pour le frittage.

Les atouts de la micro-injection des poudres

À l'Ecam (École catholique d'arts et métiers de Lyon), des travaux sont réalisés avec le CEA de Grenoble sur l'influence de la taille des poudres sur la fabrication de pièces en micro-PIM (Powder injection molding). Suivant la finesse de la poudre utilisée, cette technique permettra de produire de très petites pièces ou présentant des détails très fins.

Du côté des programmes européens, on retrouve Aubert & Duval qui participait au programme Schecas (tout juste achevé) sur le développement de pièces aéronautiques en composites acier/céramiques à des coûts acceptables. La métallurgie des poudres est l'une des technologies mises en balance pour y parvenir. Le CNRS et l'Institut national polytechnique de Grenoble sont, quant à eux, impliqués dans le programme PM-Mach. Ce projet porte sur l'utilisation de cette technologie pour la production de pièces très complexes, sans avoir à passer par une étape ultérieure d'usinage après frittage. Le tout, à des coûts compatibles avec les secteurs concernés, comme l'automobile. Les pièces de référence étudiées dans ce programme sont des éléments de transmission et de boîtes de vitesses.

Mais, pour connaître les toutes dernières innovations au niveau mondial dans la métallurgie des poudres, c'est au congrès PM2 Tec, à Montréal (Canada), du 19 au 23 juin, qu'il fallait se rendre. Venus en voisins, des chercheurs de l'université McGill développent par cette approche des composites d'aluminium renforcé de nanotubes de carbone. Ce type de matériau combinerait légèreté et résistance mécanique pour des applications dans l'automobile ou l'aéronautique. À l'université de Tokyo, un procédé de compactage à chaud est appliqué à la mise en oeuvre du magnésium. Cette technique augmenterait fortement la dureté et le module de traction du matériau, par rapport au procédé de compactage à froid.

Du côté de l'université des sciences et techniques de Pékin, le procédé "gel casting" est appliqué à la mise en forme de poudres métalliques (de fer notamment). Des pièces de 95 % de densité et de microstructure uniforme ont ainsi été produites. Par ailleurs, des chercheurs de Karlsruhe développent des formulations (les "feedstocks") pour la technique de micro-PIM. Leur objectif est d'optimiser la qualité de surface des pièces après frittage. En Suède, la société Hoeganaes étudie l'impact du compactage à chaud sur des alliages magnétiques doux (comme le fer/nickel). Les propriétés magnétiques de ces matériaux, utilisés dans les systèmes électriques automobiles, sont améliorées par leur densification.

L'ESSENTIEL

- La technique micro-PIM permettra de produire en grandes séries des micropièces ou des composants présentant des détails très fins. - Des logiciels sont développés pour la simulation de l'injection et du frittage. - Les dernières innovations étaient présentées, en juin, au congrès mondial PM2 Tec, à Montréal.

UN GRAND PROJET DE 5 MILLIONS D'EUROS AU CETIM

- En mars dernier, le Cetim s'est lancé pour trois ans dans un programme sur la technologie des poudres. Ce projet, doté de 5 millions d'euros, a pour objectif de développer des technologies innovantes et leurs applications. Il traite des poudres métalliques, mais également céramiques et polymères. Le Cetim et ses partenaires travailleront, en particulier, sur la caractérisation des poudres, du compactage à grande vitesse, du "laser melting" et l'usinage à vert (avant frittage). La qualification des performances des traitements de surface sera également au programme, ainsi que la maîtrise de la conception d'une gamme "première pièce bonne". Ce projet s'inscrit, par ailleurs, dans le cadre d'un futur programme européen, Hivecomp, d'un budget de 10 millions d'euros. Ce programme sera notamment focalisé sur la simulation numérique du frittage, sur le compactage à grande vitesse et l'augmentation de la taille et des performances des pièces frittées.

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