{"id":6396,"date":"2022-05-02T00:00:00","date_gmt":"2022-05-02T00:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/dev.micronora-informations.fr\/index.php\/2022\/05\/02\/l-essor-des-materiaux-nouveaux\/"},"modified":"2022-05-02T00:00:00","modified_gmt":"2022-05-02T00:00:00","slug":"l-essor-des-materiaux-nouveaux","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/micronora.com\/en\/l-essor-des-materiaux-nouveaux\/","title":{"rendered":"L\u2019essor des mat\u00e9riaux nouveaux"},"content":{"rendered":"

Miniaturisation extr\u00eame, performances hors normes, rationalisation de l\u2019utilisation de mati\u00e8re premi\u00e8re, r\u00e9duction de l\u2019impact environnemental, co\u00fbts mieux ma\u00eetris\u00e9s… Les fabricants de mat\u00e9riaux se surpassent pour r\u00e9pondre aux exigences de l\u2019industrie microtechnique, avec de nouveaux alliages m\u00e9talliques ou des solutions non m\u00e9talliques originales.<\/p>\n


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\nV\u00e9ritable mine d\u2019or, Micronora, le salon international des microtechniques et de la pr\u00e9cision, permet aux visiteurs de trouver la solution de production adapt\u00e9e \u00e0 leur projet. Une opportunit\u00e9 qui concerne \u00e9galement les mat\u00e9riaux, un ingr\u00e9dient essentiel pour r\u00e9ussir le d\u00e9veloppement et la fabrication d\u2019un produit, aussi bien dans l\u2019industrie m\u00e9dicale ou a\u00e9ronautique, automobile ou \u00e9lectronique, etc.
\nMiniaturisation extr\u00eame, r\u00e9duction du poids et des co\u00fbts, meilleures performances m\u00e9caniques et respect des contraintes environnementales… Le d\u00e9veloppement de nouveaux mat\u00e9riaux correspond aux objectifs de nombreuses applications de pointe gr\u00e2ce \u00e0 leurs propri\u00e9t\u00e9s avantageuses et \u00e0 l\u2019inventivit\u00e9 des chercheurs.
\nUn panorama qui se retrouvera dans le Zoom (cf. encadr\u00e9 page 17) du prochain salon Micronora qui aura lieu du 27 au 30 septembre 2022 \u00e0 Besan\u00e7on (Doubs). Les c\u00e9ramiques, les alliages amorphes, les composites \u00e0 matrice m\u00e9tallique (CMM), les interm\u00e9talliques, les alliages bim\u00e9talliques, les alliages \u00e0 haute entropie (HEA) et les alliages d\u00e9velopp\u00e9s sp\u00e9cifiquement pour la fabrication additive m\u00e9tallique\u00a0: autant de possibilit\u00e9s nouvelles pour r\u00e9ussir des projets industriels ambitieux. <\/p>\n

Pour miniaturiser les \u00e9l\u00e9ments hautement sollicit\u00e9s<\/h2>\n

Connus depuis plusieurs dizaines d\u2019ann\u00e9es, les alliages m\u00e9talliques amorphes (AMA ou verres m\u00e9talliques) sont dot\u00e9s d\u2019une structure atomique d\u00e9sordonn\u00e9e plut\u00f4t que cristalline. Dans l\u2019industrie, 100\u00a0% des m\u00e9taux sont en m\u00e9tal cristallin, mais cette structure atomique organis\u00e9e est pleine de d\u00e9fauts. La structure atomique d\u00e9sorganis\u00e9e des verres m\u00e9talliques est totalement homog\u00e8ne, ce qui conf\u00e8re \u00e0 ces mat\u00e9riaux des propri\u00e9t\u00e9s uniques\u00a0: r\u00e9sistance m\u00e9canique, limite d\u2019\u00e9lasticit\u00e9, comportement tribologique, duret\u00e9. Des atouts int\u00e9ressants pour des applications \u00e0 haute valeur ajout\u00e9e, comme l\u2019horlogerie, le m\u00e9dical, l\u2019a\u00e9rospatial, etc, pour lesquelles la durabilit\u00e9 et la r\u00e9sistance m\u00e9canique sont cruciales. La soci\u00e9t\u00e9 fran\u00e7aise Vulkam a r\u00e9ussi l\u2019industrialisation de ces mat\u00e9riaux hors normes.
\nBaptis\u00e9s Vulkalloys, ses alliages amorphes sont trois fois plus r\u00e9sistants que les alliages de titane. Ce qui am\u00e9liore la miniaturisation des implants et la chirurgie mini-invasive. Ces alliages sont \u00e9galement amagn\u00e9tiques et r\u00e9sistants au frottement, des qualit\u00e9s int\u00e9ressantes pour la r\u00e9alisation de mouvements horlogers plus performants. Les Vulkalloys sont 40\u00a0% plus l\u00e9gers que la fabrication en alliages d\u2019aluminium, plus r\u00e9sistants \u00e0 la corrosion que les aciers inox, inrayables et cinq fois plus performants que les aciers pour la transmission de puissance. “Ils peuvent \u00eatre moul\u00e9s comme le plastique, ce qui permet de limiter les pertes de mati\u00e8res et l\u2019impact environnemental”<\/em>, pr\u00e9cise S\u00e9bastien Gravier, co-fondateur avec Alexis Lenain, de Vulkam. Parmi les formulations propos\u00e9es par la start-up fran\u00e7aise, le Vulkalloy Ni permet la r\u00e9alisation de pi\u00e8ces microm\u00e9caniques (transmission de puissance, ressorts, vis, ou composants de micromoteurs). Le m\u00eame alliage peut \u00eatre utilis\u00e9 dans l\u2019industrie horlog\u00e8re pour fabriquer des composants de mouvements (cliquets, roues, pignons, axes) tandis que le Vulkalloy Zr-Inox est adapt\u00e9 \u00e0 la production de pi\u00e8ces d\u2019habillage. Dans le domaine m\u00e9dical, les Vulkalloys Zr-Med et Nb-Med servent \u00e0 la fabrication d\u2019instruments dentaires et chirurgicaux, d\u2019implants, de pinces, de visserie ou encore d\u2019outils coupants… “Chaque formulation d\u00e9pend des propri\u00e9t\u00e9s vis\u00e9es (r\u00e9sistance m\u00e9canique, au frottement, \u00e0 l\u2019usure ou \u00e0 la rayure, tenue en fatigue, flexibilit\u00e9, amagn\u00e9tisme, r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion, biocompatibilit\u00e9, etc.)”<\/em>, explique l\u2019expert. “Ainsi, Vulkam a la capacit\u00e9 de coupler les propri\u00e9t\u00e9s exceptionnelles de ses mat\u00e9riaux \u00e0 des proc\u00e9d\u00e9s de fabrication sp\u00e9cifiques, pour produire en cadence des pi\u00e8ces \u00e0 forte valeur ajout\u00e9e.”<\/em>
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\nLes instruments de microchirurgie ou dentaires en Vulkalloy r\u00e9pondent aux d\u00e9fis des fabricants de dispositifs m\u00e9dicaux\u00a0: am\u00e9lioration de l’ergonomie et des performances des instruments, grande pr\u00e9cision du geste chirurgical, invasivit\u00e9 faible, grande durabilit\u00e9 des instruments.
\nDe plus, ces alliages sont deux fois plus r\u00e9sistants que l\u2019alliage m\u00e9dical de r\u00e9f\u00e9rence (TA6V), ce qui permet la r\u00e9alisation de pi\u00e8ces jusqu\u2019\u00e0 deux fois plus petites. Les Vulkalloy Nb-Med sont, quant \u00e0 eux, des alliages hautement r\u00e9sistants, adapt\u00e9s \u00e0 la production de composants de dispositifs m\u00e9dicaux fortement sollicit\u00e9s. Outre leurs propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques, ils se distinguent notamment par des propri\u00e9t\u00e9s en frottement exceptionnelles, une excellente r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion en milieu physiologique ainsi qu\u2019une tenue en fatigue in\u00e9galable. La technologie plateforme d\u00e9velopp\u00e9e par Vulkam constitue son c\u0153ur de savoir-faire. Elle est associ\u00e9e \u00e0 des proc\u00e9d\u00e9s compl\u00e9mentaires et sp\u00e9cifiques, d\u00e9ploy\u00e9s et optimis\u00e9s par gamme de produits. <\/p>\n

Des performances m\u00e9caniques hors normes<\/h2>\n

Associant une base m\u00e9tallique (aluminium) \u00e0 un renfort de c\u00e9ramique (5\u00a0% \u00e0 20\u00a0% environ), les composites \u00e0 matrice m\u00e9talliques (CMM) se pr\u00e9sentent soit sous forme de fibres courtes ou longues, soit sous forme de particules de petites (20-50 \u00b5m) ou de plus grosses tailles (millim\u00e9triques). La composition hybride des CMM allie les avantages de la structure m\u00e9tallique (tenue au choc, facilit\u00e9 de mise en forme\u2026) avec ceux de la c\u00e9ramique (tenue \u00e0 l\u2019usure). Certaines imprimantes 3D sont capables de m\u00e9langer des particules de m\u00e9tal et de c\u00e9ramique (par laser cladding), ce qui pourrait acc\u00e9l\u00e9rer le d\u00e9veloppement des CMM.
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\nAutres mat\u00e9riaux int\u00e9ressants, les alliages interm\u00e9talliques qui sont des compos\u00e9s m\u00e9talliques. Ils se distinguent des alliages classiques par le caract\u00e8re ordonn\u00e9 de leurs atomes dans la maille cristalline et leur caract\u00e8re d\u00e9fini. Par exemple, un alliage FeAl est un alliage ordonn\u00e9 de fer et d\u2019aluminium. Les atouts principaux de ces mat\u00e9riaux (r\u00e9sistance m\u00e9canique \u00e0 haute temp\u00e9rature proche de celle des c\u00e9ramiques, aptitude \u00e0 l\u2019\u00e9crouissage propre aux m\u00e9taux, haut point de fusion, faible diffusibilit\u00e9, l\u00e9g\u00e8ret\u00e9) expliquent l\u2019int\u00e9r\u00eat de certaines industries. Les constructeurs a\u00e9ronautiques cherchent ainsi des mat\u00e9riaux l\u00e9gers, mais capables de supporter des temp\u00e9ratures de fonctionnement toujours plus hautes. R\u00e9duction de masse, baisse de consommation de carburant, diminution des co\u00fbts de maintenance et des nuisances environnementales justifient le choix d\u2019un mat\u00e9riau comme le TiAl qui est devenu l\u2019alliage interm\u00e9tallique le plus connu. D\u2019autres familles d\u2019interm\u00e9talliques (Fe3Al, FeNi\u2026) sont toujours en d\u00e9veloppement.
\n“La mise en \u0153uvre des alliages interm\u00e9talliques reste encore tr\u00e8s d\u00e9licate”<\/em>, expliquent cependant les sp\u00e9cialistes de Drimex, une entreprise sp\u00e9cialis\u00e9e dans la sous-traitance industrielle.
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\n“Cette approche reste confidentielle car elle n\u00e9cessite des proc\u00e9d\u00e9s industriels co\u00fbteux et ne peut pas encore s\u2019\u00e9tendre au-del\u00e0 de certains secteurs hauts de gamme.Mais les interm\u00e9talliques subissent aussi d\u2019autres freins \u00e0 leur industrialisation\u00a0: leurs fragilit\u00e9 (induisant une t\u00e9nacit\u00e9 et une ductilit\u00e9 faibles), usinabilit\u00e9 difficile voire impossible et des mauvaises propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques \u00e0 froid. N\u00e9anmoins, avec une production plus abordable, ils repr\u00e9senteront des concurrents s\u00e9rieux \u00e0 certains aciers et superalliages.”<\/em><\/p>\n

R\u00e9duction des co\u00fbts et r\u00e9sistance \u00e0 haute temp\u00e9rature<\/h2>\n

Assemblages de deux alliages, les bim\u00e9talliques apportent des \u00e9conomies de fabrication sensibles. Ils permettent ainsi d\u2019utiliser un alliage noble (et donc souvent co\u00fbteux) l\u00e0 o\u00f9 il est r\u00e9ellement n\u00e9cessaire et utile pour la fonction de la pi\u00e8ce (en zone de corrosion ou pour r\u00e9aliser un renfort m\u00e9canique) et de mettre un alliage plus traditionnel dans le reste de la pi\u00e8ce. Diff\u00e9rentes technologies permettent de r\u00e9aliser des assemblages bim\u00e9talliques\u00a0: insertion \u00e0 la coul\u00e9e, fabrication additive par laser cladding, soudage par friction malaxage (FSW) qui permet de souder des mat\u00e9riaux de composition h\u00e9t\u00e9rog\u00e8nes, infiltration d\u2019une structure lattice\u2002(en acier par exemple) issue de fonderie ou de fabrication additive par un alliage \u00e0 plus bas point de fusion (aluminium par exemple). Le fabricant suisse Kugler Bimetal produit par exemple, des pi\u00e8ces m\u00e9caniques en acier qui ont une ou plusieurs faces recouvertes d\u2019une fine couche de Tokat, un alliage anti-friction sans plomb. L\u2019entreprise combine la fabrication additive par d\u00e9p\u00f4t d\u2019\u00e9nergie dirig\u00e9e (DED) avec l\u2019usinage et le moulage. Cette solution offre la r\u00e9sistance \u00e0 l\u2019usure, la durabilit\u00e9 et la facilit\u00e9 de maintenance, des exigences essentielles dans des applications telles que l\u2019\u00e9olien offshore, les pompes hydrauliques \u00e0 haute performances, les bo\u00eetes de vitesses…
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\nR\u00e9sistants \u00e0 hautes temp\u00e9ratures, les alliages \u00e0 haute entropie ou HEA (High Entropy Alloy) ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverts en 2004. Elles contiennent au moins cinq \u00e9l\u00e9ments majeurs \u00e0 \u00e9galit\u00e9 de composition et des \u00e9l\u00e9ments mineurs en plus faible quantit\u00e9. Les applications vis\u00e9es sont la tenue \u00e0 haute temp\u00e9rature ou en atmosph\u00e8re ou milieu tr\u00e8s agressif (a\u00e9ronautique, \u00e9nergie, nucl\u00e9aire\u2026). Dans l\u2019industrie du nucl\u00e9aire, ces alliages sont envisag\u00e9s pour toutes les g\u00e9n\u00e9rations de r\u00e9acteurs. Dans les r\u00e9acteurs \u00e0 eau pressuris\u00e9e de g\u00e9n\u00e9ration deux actuels, ils remplaceraient certains \u00e9l\u00e9ments internes du circuit primaire en acier inoxydable aust\u00e9nitique (316) ou en Inconel 718, superalliage base nickel durci par pr\u00e9cipitation de phases interm\u00e9talliques. Dans les futurs r\u00e9acteurs \u00e0 fission de g\u00e9n\u00e9ration 4, ils sont envisag\u00e9s pour l\u2019\u00e9changeur de chaleur des r\u00e9acteurs \u00e0 sel fondu de type MSR (Molten Salt Reactor). Et pour les futurs r\u00e9acteurs \u00e0 fusion, ils seraient utilis\u00e9s en substitution aux alliages ferrito\/martensitiques. “Les alliages \u00e0 haute entropie offrent des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques plus int\u00e9ressantes que les alliages communs. Surtout pour les applications \u00e0 hautes temp\u00e9ratures m\u00eame au-del\u00e0 de 600\u00b0C, temp\u00e9rature \u00e0 laquelle un alliage commun perd significativement ses propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques”<\/em>, expliquent les sp\u00e9cialistes de M\u00e9castyle, un bureau d\u2019\u00e9tudes qui ma\u00eetrise ces mat\u00e9riaux nouveaux. “La r\u00e9sistance \u00e0 l’oxydation \u00e0 des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es sera am\u00e9lior\u00e9e si on utilise des compos\u00e9s adapt\u00e9s comme l\u2019aluminium, le chrome ou le silicium. L’alliage pourra alors \u00eatre utilis\u00e9 comme rev\u00eatement r\u00e9fractaire (fonderie, moule d’injection plastique, outil de forgeage)”<\/em>.<\/p>\n

Des mat\u00e9riaux nouveaux pour la fabrication additive<\/h2>\n

La fabrication additive m\u00e9tallique se d\u00e9veloppe tr\u00e8s fortement pour certains domaines industriels et applications. Pendant plusieurs ann\u00e9es l\u2019effort de d\u00e9veloppement a \u00e9t\u00e9 mis principalement sur le d\u00e9veloppement des machines et les mat\u00e9riaux utilis\u00e9s n\u2019\u00e9taient pas optimis\u00e9s pour ce nouveau proc\u00e9d\u00e9 d\u2019impression 3D (tr\u00e8s forte vitesse de solidification, grains tr\u00e8s fins\u2026). Aujourd\u2019hui, apparaissent de nouveaux alliages sp\u00e9cifiquement d\u00e9velopp\u00e9s pour la fabrication additive. Exemple\u00a0: la poudre de superalliage \u00e0 base de nickel Amperprint 0233 Haynes 282. Ce mat\u00e9riau commercialis\u00e9 par la soci\u00e9t\u00e9 Haynes dispose d\u2019une r\u00e9sistance au fluage \u00e9lev\u00e9e ainsi que de bonnes qualit\u00e9s de stabilit\u00e9 thermique et de soudabilit\u00e9.
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\nPlus facile \u00e0 fabriquer, il est adapt\u00e9 aux applications structurelles \u00e0 haute temp\u00e9rature telles que la production d’\u00e9nergie, les turbines \u00e0 gaz et les lanceurs spatiaux pour construire des pi\u00e8ces telles que des \u00e9changeurs de chaleur, des chambres de combustion, des buses, chemises de combustion, moteurs de fus\u00e9e et roues \u00e0 aubes envelopp\u00e9es.
\nHeraueus AMLOY a mis au point un proc\u00e9d\u00e9 qui permet aux machines de fabrication additive Trumpf de r\u00e9aliser l\u2019impression 3D des alliages amorphes. Ce qui simplifie sensiblement la production des pi\u00e8ces complexes.
\nCertaines entreprises sp\u00e9cialis\u00e9es dans la fabrication additive, comme 3DCeram ou CeramTec, proposent de nouvelles solutions c\u00e9ramiques. “Les qualit\u00e9s de la c\u00e9ramique technique sont connues\u00a0: grande r\u00e9sistance m\u00e9canique, stabilit\u00e9 dimensionnelle \u00e9lev\u00e9e, faible densit\u00e9, tr\u00e8s grande r\u00e9sistance \u00e0 l\u2019abrasion et \u00e0 la corrosion, stabilit\u00e9 chimique exceptionnelle\u2026”<\/em>, expliquent les sp\u00e9cialistes de 3DCeram. Des performances recherch\u00e9es dans des industries comme le biom\u00e9dical, l\u2019a\u00e9rospatial, le luxe… Utilis\u00e9s par CeramTec pour diff\u00e9rentes applications, les cermets sont constitu\u00e9s de mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques \u00e0 matrice m\u00e9tallique. Ce qui leur conf\u00e8re une tr\u00e8s grande duret\u00e9 et la r\u00e9sistance \u00e0 l’usure. Des propri\u00e9t\u00e9s adapt\u00e9es aux applications d’usinage qui n\u00e9cessitent une haute qualit\u00e9 de surface, la stabilit\u00e9 dimensionnelle et des tol\u00e9rances serr\u00e9es. \u00c0 savoir, les op\u00e9rations de finition fine, la finition et l’\u00e9bauche de l’acier, du m\u00e9tal fritt\u00e9 et de la fonte ductile.
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\nSp\u00e9cialis\u00e9e dans la m\u00e9tallurgie des poudres, la soci\u00e9t\u00e9 Sintermat propose un proc\u00e9d\u00e9 original\u00a0: le frittage Flash ou frittage SPS (Spark Plasma Sintering). Les poudres sont agglom\u00e9r\u00e9es sous l\u2019effet simultan\u00e9 d\u2019une forte impulsion \u00e9lectrique et d\u2019une charge uniaxiale (de l\u2019ordre de 200\u00a0m\u00e9gapascals). Ce qui permet d\u2019obtenir sans usinage, des pi\u00e8ces complexes de grande r\u00e9sistance et \u00e0 haute densit\u00e9 telles que des dents, cannelures, profils, etc. La densification de poudres et mat\u00e9riaux peut atteindre des vitesses g\u00e9n\u00e9ralement 10 \u00e0 100 fois plus \u00e9lev\u00e9es que celles des techniques de frittage traditionnelles. Le proc\u00e9d\u00e9 assure la synth\u00e8se de mat\u00e9riaux massifs, innovants, originaux, \u00e0 microstructures contr\u00f4l\u00e9es, et ce, pour des co\u00fbts mod\u00e9r\u00e9s. C\u2019est l\u2019une des seules technologies capable de produire des mat\u00e9riaux avec des microstructures sans grossissement des grains et avec un taux de densification voisin de 100%.
\nwww.vulkam.com
\nwww.trumpf.com
\nwww.irepa-laser.com
\nwww.lasercheval.fr
\nwww.realmeca.com
\nwww.heraeus.com
\nwww.femto-st.fr
\nwww.sinter-mat.com
\nwww.3dceram.com
\nwww.ceramtec.fr
\nwww.haynesintl.com
\nwww.bimetal.ch
\nwww.mecastyle.com
\nwww.sous-traiter.fr
\nwww.bbfil.fr
\nwww.cristal-innov.com
\nwww.nanoe.com<\/p>\n

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Zoom 2022\u00a0: Les nouveaux mat\u00e9riaux et nouveaux process dans les microtechniques<\/h2>\n

L\u2019animation Zoom de Micronora 2022 pr\u00e9sentera aux visiteurs plusieurs nouveaux mat\u00e9riaux et processus industriels. Les visiteurs d\u00e9couvriront ainsi des mat\u00e9riaux originaux et des pi\u00e8ces hors normes fabriqu\u00e9es par des soci\u00e9t\u00e9s comme Vulkam, Sintermat, IMI\/Laser Cheval, BBfil, Cristal Innov, etc. Des soci\u00e9t\u00e9s comme Realmeca, Nanoe ou Irepa Laser pr\u00e9senteront des proc\u00e9d\u00e9s de fabrication innovants, comme l\u2019usinage par ultrasons, l\u2019impression 3D de c\u00e9ramiques, d\u2019aimants, d\u2019alliages amorphes ou la recharge m\u00e9tallique. Quant \u00e0 l\u2019institut Femto-st, il d\u00e9voilera ses travaux de recherche pour d\u00e9velopper les technologies d\u2019usinage et de texturisation des carbures et des c\u00e9ramiques par l\u2019interm\u00e9diaire des proc\u00e9d\u00e9s avanc\u00e9s comme l\u2019usinage par micro-usinage \u00e0 l\u2019outil coupant (micro-fraisage) et la texturation de surface par usinage laser. Femto-st dispose, gr\u00e2ce \u00e0 sa plateforme MIFHySTO, d\u2019une expertise dans le domaine des proc\u00e9d\u00e9s de microfabrication m\u00e9canique et en particulier sur le micro-usinage (micro-fraisage, d\u00e9colletage, \u00b5EDM\u2026).
\nUn rendez-vous \u00e0 ne pas manquer…\n<\/p><\/div>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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