Visite Club Industrie du Futur au Cetim Centre-Val de Loire

Le jeudi 3 octobre avait lieu la visite du Club Industrie du Futur au sein des locaux du Cetim Centre-Val de Loire à Bourges. L’occasion de mettre en avant nos installations : Présentation de la fabrication additive sur la plateforme, visite du laboratoire d’essais étaient à l’honneur durant 1h30.

Cette visite était encadrée par Olivier LEROUX, Directeur général et Pierre AUGUSTE, ingénieur Recherche & Développement.

La fabrication additive investit à nouveau le Centre-Val de Loire

Dédiée à la fabrication additive métallique, Une nouvelle UPDP du Cetim Centre-Val de Loire s’installe à Bourges. Objectif : contribuer au déploiement de moyens au bénéfice des entreprises permettant, à terme, l’acquisition de technologies de l’industrie du futur dans le territoire.

Lauréat de l’appel à projet Inno avenir filières de la région Centre-Val de Loire, la nouvelle Unité pilote à dispositif partagé (UPDP) Famad s’installe à Bourges (Cher). Déclinaison territoriale du programme des investissements d’avenir (PIA), Inno avenir filières vise le renforcement de la compétitivité des filières stratégiques régionales. Il soutient en particulier la création d’unités industrielles partagées permettant à des entreprises ayant une même vision marché de mutualiser leurs investissements ou de bénéficier d’un accès à des moyens ouverts, ainsi que la mise en commun de compétences techniques pour mutualiser leurs travaux de R&D, entre autres.

Après Supchad 1 et 2 (Supply chain aéronautique et défense), projets dédiés à l’accompagnement des industriels dans la prise en main de la fabrication additive, le Cetim Centre-Val de Loire voit ainsi son nouveau programme de développement technologique partagé et mutualisé entre industriels incluant des formations s’inscrire dans la dynamique régionale. 3,5 millions d’euros sont dédiés à ce projet sur trois ans. Financés par le Fonds européen de développement régional (Feder) et par le PIA3 (programme d’investissement d’avenir cofinancé par l’État et la Région), il associe l’UIMM pôle formation, l’Insa Centre-Val de Loire et Polytech Orléans.

Inscrire une dynamique dans les territoires

Situé sur l’un des neuf « territoires d’industrie » labellisés de la région, FAMAD s’inscrit dans la dynamique initiée par le Cetim permettant de favoriser le déploiement de l’industrie du futur par la diffusion, l’appropriation et l’intégration de ses technologies dans les ateliers des PMI et ETI. Sa mise en place a en effet pour finalité une montée en compétence progressive des entreprises pour optimiser leurs procédés de production. Elles ont par ailleurs accès à un accompagnement personnalisé et confidentiel pour le développement de projets et de pièces.

La plateforme vise par ailleurs à rassembler des industriels de la défense et de l’aéronautique, secteurs très présents dans la région, et aussi les autres industriels souhaitant tirer profit de ces nouvelles technologies. S’appuyant sur le procédé de fusion laser sur lit de poudre et un second plus récent de friction-pression sans fusion dénommée Meld, elle met principalement en œuvre des alliages d’aluminium et des aciers inoxydables. FAMAD constitue une opportunité pour les industriels d’appréhender l’ensemble de la chaîne de valeur et doit intégrer à terme plusieurs groupes constitués en fonction de leur maturité.

Retrouvez également les fondamentaux de la fabrication additive dans l’ouvrage publié par le Cetim et Techniques de l’ingénieur.

Formation FA02 : 10 nouveaux industriels formés

Les 2 et 3 octobre dernier, 10 nouveaux industriels ont été formés, au Cetim Centre-Val de Loire, sur l’ensemble des procédés de fabrication additive.

Lors de cette formation les stagiaires ont également eu l’opportunité de visiter la plateforme de fabrication additive centrée sur la fusion laser métallique sur lit de poudre, dont le rôle est d’accompagner les industriels dans la conception et la fabrication de démonstrateurs.

Cet événement fut également l’occasion d’introduire le nouveau projet de plateforme collaborative de fabrication additive métallique FAMaD qui débutera en janvier 2020.

Si vous aussi, vous souhaitez découvrir nos possibilités d’accompagnements dans ces technologies, n’hésitez pas à nous contacter !

Formations Cetim Academy : une offre large pour préparer le futur

Pour accompagner les mutations profondes des entreprises à l’heure de l’industrie du futur, le Cetim renouvelle son offre de formations et déploie son expertise sur le plan international sous la marque inédite : « Cetim Academy ».

400 formations pour préparer le futur ! Avec sa nouvelle marque : « Cetim Academy », le Cetim renouvelle son offre de formations et déploie son expertise sur le plan international pour répondre aux nouveaux besoins des industriels.

L’industrie du futur implique des bouleversements profonds. Pour réussir sa transformation une entreprise doit permettre à tous ses collaborateurs : opérateurs, techniciens, ingénieurs, dirigeants ou responsables d’activités fonctionnelles, d’approfondir leurs connaissances pour répondre aux évolutions managériales, technologiques et numériques en cours et à venir.

Pour en savoir plus : CetimAcademy

Pour consulter toutes les formations du Cetim Centre-Val de Loire

Les alliages d’aluminium nanostructurés

Introduction

Les alliages nanostructurés présentent une structure à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire une taille de grain inférieure à 1 μm, généralement de l’ordre de 100 à 500 nm pour les alliages d’aluminium. Pour comparaison, la taille de grain classique sur les alliages corroyés est de l’ordre de 10 à 100 μm.

En comparaison aux alliages d’aluminium obtenus par des procédés « classiques », ces alliages présentent des caractéristiques mécaniques améliorées, une dureté plus élevée qui permet une meilleure résistance à l’abrasion, leur fine microstructure permet l’obtention d’un très bon aspect de surface après polissage et leur conductivité thermique est améliorée.

Procédés d’obtention

Les procédés d’obtention par dépôt

• La condensation sous gaz inerte : le métal évaporé dans un récipient rempli d’un gaz inerte se condense sous forme de fines particules, qui sont ensuite agglomérées et compactées.
• La réalisation de dépôts électrolytiques.

Les procédés requérant une déformation plastique intense ou SPD (Severe Plastic Deformation)

Le but est d’appliquer un taux de déformation supérieur à 100 {1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661} sur le matériau en évitant que les dimensions macroscopiques des pièces ne soient affectées.

Les procédés les plus utilisés sont :

• L’ECAP (Equal Channel Angular Pressing), qui est un procédé dérivé du filage.
• Le HPT (High Pressure Torsion) : Le procédé consiste à placer un échantillon sous forme de disque entre deux enclumes. Une pression de 1 à 10 GPa et une torsion sont appliquées sur l’échantillon. Des taux de déformation très élevés peuvent être appliqués (typiquement 10⁵ {1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}), mais le cisaillement n’est pas homogène dans tout l’échantillon et il n’est pas possible de produire des pièces massives.

Schémas des procédés ECAP (à gauche) et HPT (à droite)

Les autres procédés de SPD sont l’ACD (Accumulative Cold Drawing) dérivé du tréfilage, L’ARB (Accumulative Roll Bonding), le CCB (Continuous Cyclic Bending) et le CGP (Constrained Groove Pressing) qui sont des procédés dérivés du laminage et la trituration.

Les procédés basés sur un refroidissement rapide du matériau ou RSP (Rapid Solidification Process)

Les vitesses de refroidissement sont généralement supérieures ou égales à 10⁶ °C/s.

• L’atomisation : les procédés d’atomisation sous gaz/eau sont les plus courants et permettent l’obtention de particules de poudre de dimension micrométrique.
• La fusion laser sur lit de poudre permet également d’obtenir des alliages nanostructurés sur des alliages à composition chimique particulière, tel que le Scalmalloy.
• Le « Melt-spinning » : un filet vertical d’aluminium en fusion est versé sur une roue en cuivre tournant à une vitesse élevée. L’aluminium refroidit de manière quasi-instantanée formant ainsi un ruban continu. Le ruban ainsi créé est découpé en flocons qui sont ensuite compactés en profilés et barres.

Schéma du procédé de melt spinning

Mécanismes de durcissement des grains et microstructure

La fine taille des grains au sein des matériaux nanostructurés engendre une densité de joins de grains élevée. Ainsi lorsque le matériau est sollicité mécaniquement, le déplacement des dislocations est d’autant plus gêné et de ce fait, les valeurs de résistance mécanique, limite élastique et dureté sont d’autant plus importantes. La ductilité des alliages d’aluminium nanostructurés est faible de par la difficulté de mouvement des dislocations, ce qui engendre de faibles valeurs d’allongement à la rupture. La fine structure du matériau modifie également les caractéristiques mécaniques dynamiques du matériau en augmentant la résistance à l’amorçage mais en dégradant la résistance à la propagation des fissures.

Les procédés RSP permettent d’obtenir une nano-structuration par l’introduction de multiples dislocations au sein des grains. Celles-ci s’organisent sous forme de cellules faiblement désorientées et au fur et à mesure que la déformation augmente, leur désorientation s’accroit, si bien que leurs parois s’apparentent à des joins de grains.

Dans le cas du procédé « melt-spinning » la solidification rapide de l’alliage augmente la solubilité des éléments d’alliage dans la matrice d’aluminium ce qui engendre une microstructure fine et homogène.

Clichés réalisés au microscope électronique à balayage de la microstructure d’un alliage d’aluminium fabriqué par RSP (à gauche) par fonderie (à droite)

Les alliages disponibles et l’approvisionnement

RSP Technology utilise le procédé de « melt-spinning » et peut approvisionner sous forme de rubans, flocons, billettes, bloom, profilés, et à la demande sous forme de bruts de forge et de pièces usinées. Certains alliages tels que l’AlSi40 et l’AlSi50 ne peuvent être obtenus que par ce procédé.

La plupart des alliages d’aluminium existants peuvent être mis en œuvre par les procédés de SPD. La production d’alliages d’aluminium nanostructurés sous forme de tôles et billettes semble la plus prometteuse pour des applications industrielles, malgré le coût de production élevé.

Caractéristiques physiques et mécaniques des alliages d’aluminium fabriqués par Melt-spinning, commercialisés par la société RSP Technology :

Propriétés mécaniques obtenues pour quelques alliages mis en oeuvre par HPT, ECAP et ARB et par des procédés de mise en oeuvre classiques :

Domaines d’applications principaux et réalisations

• Course automobile et R&D pour l’industrie automobile : les alliages chargés en silicium présentent un intérêt pour la réalisation de pistons et de divers éléments moteur, et permettent de fonctionner à des températures élevées. Les alliages à hautes caractéristiques mécaniques à température ambiante peuvent être utilisés comme agrafes et pièces de châssis.
• Composants optiques et moules : la finesse de la microstructure permet d’obtenir un meilleur état de surface qu’un alliage d’aluminium obtenu par un procédé « classique ».
• Aéronautique et défense, industrie du sport et médical : les intérêts de ces alliages sont leur bonnes caractéristiques mécaniques et leur faible densité. Typiquement, Airbus et RSP Technology ont investigué la fabrication de profilés en Scalmalloy pour les raisons précédentes, pour des applications de fabrication de raidisseurs.
• Electronique : une application développée par Honeywell Electronic Materials concerne la fabrication de cibles par procédé ECAP pour pulvérisation cathodique.

Conclusion

Malgré tous les avantages des alliages d’aluminium nanostructurés, il est nécessaire de mieux comprendre la relation entre les mécanismes de durcissement et la microstructure pour trouver un bon compromis entre leurs caractéristiques mécaniques et leur ductilité, qui reste un point faible, pour tirer parti au mieux de leur potentiel.

A l’heure actuelle, peu d’entreprises mettent en œuvre ce type d’alliages de manière industrielle et la production reste cantonnée à de faibles volumes, avec un certain nombre d’étapes intermédiaires et des coûts de production élevés. L’approvisionnement de ces matériaux est donc difficile et ceux-ci sont actuellement dédiés à des utilisations de niche pour des applications de haute technologie, à forte valeur ajoutée.

Voici un lien vers la note de veille Cetim où vous pourrez trouver des informations plus complètes :

https://www.cetim.fr/mecatheque/Mecatheque/Veille-technologique/Note-de-Veille-alliages-d-aluminium-nanostructures

Le traitement thermique T6 inadapté à la fusion laser ?

Le congrès 3D Print & Exhibition vient de fermer ses portes à Lyon, à cette occasion les visiteurs ont pu déambuler dans les allées du plus gros congrès français dédié à la fabrication additive. L’occasion idéale de rappeler les spécificités du procédé avant que ces professionnels de l’Industrie ne succombent les yeux fermés aux sirènes de la fabrication additive. Parmi les particularités de ces procédés qui représentent à coup sûr le futur de notre industrie on retrouve la nécessité d’adapter des traitements thermiques aux pièces issues de ces nouvelles méthodes de fabrication.

Aujourd’hui, il est en effet largement admis que la majorité des procédés de mise en forme de matériaux métalliques implique l’utilisation de traitements thermiques pour répondre à la multitude de problématiques qu’ils génèrent. En effet il est parfois nécessaire de réaliser une relaxation des contraintes résiduelles après la mise en forme (détensionnement), de réduire (voir d’éliminer) l’anisotropie de la structure des grains ainsi que celle des caractéristiques mécaniques ou encore de durcir la matière par précipitation structurale. Sans parler du compromis à faire entre les valeurs de résistance mécanique (Rm), de limite élastique (Rp0.2) et d’allongement à la rupture (A{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}).

On retrouve ces mêmes problématiques dans le cadre de la fusion laser sur lit de poudre. De manière générale, tous les procédés de fabrication additive métallique sont concernés. Cependant ces derniers donnent naissance à des structures métallurgiques différentes de celles des procédés de mise en forme « classiques » comme l’usinage et la fonderie. Cet élément est à prendre en compte puisqu’il implique une adaptation des traitements thermiques.

Des structures métallurgiques différentes qui impliquent une adaptation des traitements thermiques

Les alliages d’aluminium les plus utilisés en fusion laser sur lit de poudre proviennent de la famille 40000. Cette famille contient des alliages tels que l’AlSi12, l’AlSi10Mg, l’AlSi7Mg0.6 ou encore l’Alsi9Cu3. Ceux-ci contiennent une faible quantité de magnésium qui, couplé avec le silicium en excès, permettent un durcissement structural grâce à un traitement thermique adapté. Or c’est là que réside le cœur de la problématique, l’adaptation des traitements thermiques aux spécificités de la fusion laser.

Les pièces obtenues par fusion laser présentent en effet des structures métallurgiques particulières qui leur offrent des caractéristiques mécaniques généralement plus élevées que celles des produits issus de coulée. Cela s’explique par des tailles de grains et de dendrites qui sont plus fines, par un niveau de précipitation structurale différent et par un refroidissement très rapide qui donne naissance à une solution solide d’aluminium sursaturée. De plus, la température du plateau de fabrication et la stratégie de fabrication employée ont également des effets non négligeables sur la structure métallurgique, sur les contraintes résiduelles et sur les caractéristiques mécaniques des pièces brutes de fusion.

La connaissance et la compréhension de toutes ces spécificités apportent de nouvelles données qui permettent la mise au point de gammes de traitements thermiques efficientes comme c’est d’ores et déjà le cas pour les pièces issues de coulée. En effet, tous les alliages de la famille 40000 sont mis en œuvre par coulée grâce à des procédés de fabrication qui sont largement utilisés et maîtrisés. Si bien qu’il existe plusieurs gammes de traitements thermiques qui permettent de choisir différents compromis de caractéristiques mécaniques en vue d’une utilisation particulière. Or dans le cadre des procédés de fabrication novateurs comme le sont ceux de la fabrication additive métallique, le niveau de connaissance n’avait jusqu’alors pas permis d’élaborer de telles gammes de traitements thermiques. Les choses changent et petit à petit les traitements thermiques sont adaptés aux spécificités métallurgiques des pièces obtenues par fusion laser sur lit de poudre, avec en ligne de mire l’application visée.

Les traitements thermiques ou l’art du compromis

Dans l’état brut de fusion, les caractéristiques mécaniques élevées sont dues en partie à la finesse de la structure, or le recours à un traitement thermique génère un grossissement de celle-ci, ce qui occasionne donc une baisse des caractéristiques mécaniques. De plus l’utilisation d’un traitement thermique peut avoir pour effet de durcir le matériau par précipitation structurale. L’intérêt est donc de trouver un compromis entre la finesse de la microstructure et la taille/le nombre de précipités au sein du matériau pour obtenir des propriétés mécaniques optimales.

De manière générale et comme pour les autres procédés de fabrication de pièces métalliques, il est possible d’effectuer une étude qui déterminera quel est le traitement qui offre le compromis adéquat pour l’application visée en jouant sur les valeurs de Rm, de Rp0,2, d’A{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}, sur l’anisotropie des caractéristiques mécaniques et sur la détente des contraintes résiduelles.

L’exemple du traitement T6

Le traitement T6 (mise en solution, trempe et revenu) est généralement pratiqué sur les alliages de la famille 40 000. L’étape de mise en solution permet, comme son nom l’indique, de mettre en solution les éléments d’alliages. Le refroidissement rapide lors de la trempe maintient la solution solide en sursaturation tandis que le revenu occasionne un durcissement structural homogène par précipitation des éléments d’alliages en sursaturation.

Ce traitement doit être utilisé avec précaution sur des pièces issues de fusion laser sur lit de poudre puisqu’il ne produit pas systématiquement une amélioration des caractéristiques mécaniques. En effet pour l’AlSi10Mg, la dureté du matériau est plus faible suite à un T6 en comparaison avec l’état brut de fusion. On constate également la présence de polyèdres de silicium suite à la mise en solution. Ces polyèdres ont une influence sur les caractéristiques mécanique de l’alliage. Chose impossible lorsque la pièce est obtenue avec les procédés de fabrication traditionnels puisque l’on ne constate pas la présence de ces polyèdres de silicium à la suite à la mise en solution.

Le cas du traitement T6 n’est pas unique et il démontre l’importance de ne pas appliquer machinalement les traitements thermiques « standards » sans compréhension de leurs influences sur la métallurgie et sans étude préalable. Par « standards » on fait référence aux traitements thermiques utilisés sur les matériaux mis en œuvre avec les procédés de fabrication traditionnels.

Observation au microscope électronique à balayage de polyèdres de silicium

Les traitements thermiques des fabricants de machines

Les traitements thermiques proposés par les fabricants de machine concernent le détensionnement (300°C – 2H chez SLM, EOS, Renishaw, 240°C – 6H chez Concept Laser) de la matière. L’objectif est bien entendu de limiter les déformations résiduelles des pièces suite à leur découpe du plateau de fabrication. Toutefois, pour les alliages d’aluminium en plus de la réduction des contraintes résiduelles, les détensionnements proposés réduisent l’anisotropie des caractéristiques mécaniques, diminuent les valeurs de Rm, de Rp0,2 et augmentent la valeur d’A{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}. Cela ne fait que confirmer l’importance d’étudier au cas par cas les traitements thermiques afin de soumettre les pièces obtenues par fabrication additive à des traitements adaptés.

Les métaux : cibles privilégiées du protectionnisme

Les dernières mesures protectionnistes des États-Unis

Le 8 mars dernier, le président américain Donald Trump annonçait qu’il souhaitait instaurer de nouvelles barrières douanières pour l’importation aux États-Unis d’acier et d’aluminium, et ce quelle que soit leur provenance. De nouvelles taxes de 25{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661} sur l’acier et de 10{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661} sur l’aluminium qui viendraient s’ajouter à celles déjà en vigueur et qui pourraient déstabiliser le secteur de la sidérurgie et, en cascade, celui de la métallurgie dans son ensemble.

Ces mesures ouvertement protectionnistes ne font pas l’unanimité au sein du cercle proche du président. Si bien qu’elles ont provoqué la démission de Gary Cohn, alors directeur du conseil économique national. Les experts sont également divisés et mettent en avant les risques d’une guerre commerciale aux conséquences imprévisibles car l’Union Européenne menace de riposter par l’augmentation des taxes douanières sur certains produits américains. Une chose est sûre, le protectionnisme semble prendre davantage de place à travers le monde.

Le président américain a également souhaité une mise en application rapide des mesures avec un délai maximal de 30 jours. Il laisse cependant ouvertes les portes de certaines négociations en vue d’éventuelles exceptions. Notamment pour le Canada et le Mexique avec qui les discussions sur la renégociation de l’accord de libre-échange nord-américain sont en cours. En 2002 déjà, la présidence américaine, alors occupée par Georges W.Bush, avait mis en place une série de mesures similaires avec des droits de douanes de 8{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661} à 30{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661} sur des produits tels que les tôles d’acier et les aciers laminés entre autres. À l’époque la volonté était de « sauver » la sidérurgie américaine.

La métal au centre des mesures protectionnistes

À l’échelle mondiale, le secteur de la métallurgie est le deuxième secteur le plus visé par le protectionnisme, juste derrière celui de l’agroalimentaire (données de GLOBAL TRADE ALERT). Toujours selon cette source, la catégorie des produits en acier et en fer est la plus ciblée avec pas moins de 73 mesures jugées protectionnistes depuis janvier 2017. Dans le détail, le sucre et l’électricité seraient les produits les plus directement impactés par toutes ces mesures. Les tubes, les canalisations et les profilés en acier ou en fer viendraient compléter le podium avec pas moins de 22 mesures les concernant. Tout de suite suivis par les produits laminés en alliage de fer (21 mesures) et les produits laminés en acier non allié avec revêtement ou plaqué (20 mesures). Principal acteur de ce protectionnisme : les États-Unis. Avec 23 mesures protectionnistes prises depuis janvier 2017, les États-Unis semblent être le pays qui produit le plus de mesures protectionnistes, devant l’Inde (10). Néanmoins la dynamique de protectionnisme américaine n’est pas nouvelle puisque si l’on remonte jusqu’en 2014, les USA auraient adopté 164 mesures de ce type. C’est 4 fois plus que l’Inde, deuxième du classement.

La cible préférée de tout ce protectionnisme ? Le premier producteur mondial d’acier avec 43 mesures jugées protectionnistes à son égard. Dans les faits, les autres états reprochent en effet à la Chine de fausser les marchés via la surproduction de son industrie de la sidérurgie. Pékin a conscience de cela et cherche depuis des années comment restructurer ses industries en surcapacité. Cependant cela s’avère difficile pour la Chine de se débarrasser des « entreprises zombies« . Des entreprises qui sont au bord de la faillite et lourdement endettées mais qui restent à flot grâce aux emprunts auxquels elles continuent de souscrire et aux subventions gouvernementales mises en place. L’objectif de ce dernier étant d’éviter que des millions de chinois ne se retrouvent au chômage suite à une la décision de l’État de fermer ces aciéries, chose qu’éxige régulièrement la pression internationale.

Néanmoins dans le cas de ces nouvelles taxes américaines, la Chine ne semble a priori pas être le pays qui pâtira le plus de ces mesures puisque l’acier chinois ne représente qu’une petite part des importations américaines (780 milles tonnes métriques en 2017 contre 1.1 millions en 2011). Ce volume fait de la Chine le 11ème plus gros exportateur d’acier vers les États-Unis. Bien loin derrière le Canada (5.8 millions de tonnes), le Brésil (4.67 millions), la Corée du sud (3.6 millions) et le Mexique (3.2 millions).

Chiffres du département du commerce des États-Unis de 2011 à 2017 – (THE EFFECT OF IMPORTS OF STEEL ON THE NATIONAL SECURITY)

Des conséquences multiples sur nos industries

En France, les boucliers se lèvent face aux dernières mesures protectionnistes annoncées même s’il est rappelé qu’il existe bel et bien une problématique au niveau mondial. Si l’Allemagne figure parmi les 10 plus gros fournisseurs d’acier et d’aluminium des États-Unis, ce n’est pas le cas de la France qui vend très peu de ces matériaux outre Atlantique. Néanmoins cette situation préoccupe toute l’Europe puisqu’elle est tout de même synonyme d’une baisse des exportations vers le plus gros consommateur de ces ressources. Lequel ne peut d’ailleurs pas faire autrement que de taxer l’importation d’acier et d’aluminium brut aux USA puisque le faire sur l’intégralité des produits finis contraindrait l’administration américaine à examiner minutieusement chaque produit qui rentre sur son territoire pour déterminer la part de l’acier (ou de l’aluminium) étranger qu’il contient.

Chose encore trop difficile à mettre en œuvre aujourd’hui tant la traçabilité des composants pose encore problèmes à certains fournisseurs. C’est le cas pour une multitude de produits qui voyagent à travers le monde et dont les chaines de valeur sont tellement fractionnées qu’il est impossible de savoir avec précision d’où viennent les éléments qui constituent le produit final.

En revanche, les acteurs français et européens qui s’inquiétaient de voir l’acier et l’aluminium bloqués aux États-Unis se déverser sur le marché européen peuvent être rassurés par le fait que l’Europe a déjà adopté des mesures protectionnistes sur ces matériaux par le passé. La concurrence sera certes accrue, certains acteurs de la sidérurgie pourraient même être à la peine, mais ces mesures ont le mérite d’exister.

Cela dit le malheur des uns fait potentiellement le bonheur des autres puisque les inquiétudes des acteurs de la sidérurgie de voir l’acier et l’aluminium bloqués aux États-Unis se déverser en Europe pourraient se transformer en opportunités pour toutes les entreprises de la métallurgie qui consomment ces matériaux. L’acier brésilien viendrait en effet rajouter de la concurrence sur un marché déjà affecté par la surproduction mondiale et contribuerai à la baisse du prix de l’acier et de l’aluminium.

 

La stratégie de MECABESS pour l’Industrie du futur

Jean-Michel Sanchez, le dirigeant de la société MECABESS, témoigne dans une vidéo réalisée à l’occasion de la journée Industrie du futur de l’importance de la fabrication additive métallique pour l’avenir de son entreprise.

Actuellement, MECABESS se sert de la fusion laser sur lit de poudre -le procédé de fabrication additive utilisé dans le programme SUPCHAD- pour tester le texturing, la conception de pièces creuses et celle de canalisations coudées. L’entreprise compte ainsi étendre son champs d’action après s’être fait connaître comme spécialiste de l’usinage, du tournage et du fraisage. À terme, J-M Sanchez espère pouvoir proposer à ses clients des produits que ces derniers ne pouvaient pas sous-traiter ni produire eux-même avant. Cet objectif est important pour le dirigeant puisque lors de l’inauguration du programme SUPCHAD, il avait déjà déclaré vouloir « aller beaucoup plus en amont » avec ses clients.

Dans cette interview, Jean-Michel Sanchez témoigne de la capacité de la fabrication additive à libérer la créativité des designers. Il évoque également la complexité des pièces, leurs coûts de revient et comment grâce à tout cela il espère guider son entreprise vers l’industrie du futur.

L’écrouissage critique des alliages d’aluminium

Durcissement des alliages d’aluminium

Les durcissements par écrouissage ou structural permettent une augmentation des caractéristiques mécaniques des alliages : résistance à la traction (Rm), limite d’élasticité (Rp0,2{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}) et dureté. Il s’accompagne d’une diminution de l’allongement (A{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}) entraînant une perte de ductilité de l’alliage. Le choix entre durcissement par écrouissage et durcissement structural s’effectue en fonction de la famille d’alliages d’aluminium à traiter.

Le durcissement dit « structural » est obtenu grâce à la formation par précipitation d’une multitude de composés chimiques à l’issue d’une gamme de traitements thermiques. Lors de l’application d’une contrainte mécanique, la présence de ces précipités gêne la déformation plastique entraînant ainsi l’augmentation des caractéristiques mécaniques.

Ce mode concerne 3 familles (ou séries) d’alliage : Aluminium-Cuivre (série 2000), Aluminium-Magnésium-Silicium (série 6000) et Aluminium-Magnésium-Zinc (série 7000).

Le Durcissement par écrouissage

L’écrouissage est l’évolution des propriétés et de la microstructure d’un matériau cristallin lorsque sa structure interne subit une déformation plastique. Il en résulte un durcissement par la multiplication de défauts dans la maille cristalline (dislocations). Les procédés de déformation à froid comme le laminage, l’étirage, le tréfilage, ou des mises en œuvre par pliage ou chaudronnage produisent ce type de durcissement.

L’écrouissage de l’aluminium apporte une déformation de la matrice, qui stocke une petite partie de l’énergie (entre 2{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661} et 10{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}), sous forme de défauts de maille. La densité et la distribution de ces défauts forment une sous-structure cellulaire et entrainent des hétérogénéités plus importantes dans la distribution des mailles défectueuses, appelées « bandes de déformation » et formant des emplacements privilégiés pour initier une recristallisation.

Traitement thermique après écrouissage : Le recuit

Lors de la mise en forme par déformation plastique d’une pièce en alliage d’aluminium, l’écrouissage généré entraîne une perte de ductilité de l’alliage. Afin de poursuivre la mise en forme sans décohésion du métal, il convient de restaurer un certain niveau de plasticité, opération obtenue grâce au recuit. On distingue deux types de recuits :

• le recuit de restauration : il présente une macrographie dans laquelle le motif et l’orientation des grains sont en grande partie conservés par rapport à l’état écroui. L’adoucissement des propriétés est assez peu marqué, le grossissement des grains est très faible voire inexistant. Les recuits de restauration correspondent à un perfectionnement du réseau du métal écroui.
• le recuit de recristallisation : Ce recuit à très haute température se caractérise par l’apparition progressive de nouveaux cristaux orientés différemment de ceux du motif d’écrouissage. C’est au cours de ce recuit de recristallisation que peuvent apparaître de gros grains. L’adoucissement est très marqué. Sur les alliages écrouis, l’adoucissement par recristallisation augmente avec le taux d’écrouissage avant recuit. La température de recuit nécessaire pour un adoucissement identique est d’autant plus basse que le taux d’écrouissage est élevé. Un taux d’écrouissage minimal du produit est nécessaire pour éviter un grossissement anormal du grain lors des recuits de recristallisation.

L’écrouissage critique

Pour chaque alliage, il existe une zone d’écrouissage pour laquelle le recuit risque d’entraîner un grossissement exagéré du grain défavorable pour la mise en forme et générant une altération de l’aspect de la pièce. La surface du métal après déformation peut prendre alors l’aspect inesthétique de « peau d’orange ». On définit donc la limite d’écrouissage critique inférieur (début de la zone d’écrouissage critique) et la limite d’écrouissage critique supérieur (fin de la zone d’écrouissage critique).

Lors d’un recuit, la grosseur moyenne du grain de recristallisation pour un alliage donné varie en sens inverse de l’écrouissage qui a précédé le recuit. On qualifie d’écrouissage « critique » le taux d’écrouissage pour lequel la recristallisation est rendue possible (aux conditions de recuit données). Le grain obtenu pour un écrouissage à ce taux précis est alors nommé « grain critique ».

Cette zone d’écrouissage critique est unique pour chaque matériau et dépend de nombreux facteurs: conditions de recuit, hérédité du matériau (nombre d’écrouissage/recuit subis) … Les limites d’écrouissage critique sont d’autant plus faibles que la température de recuit est élevée, à l’inverse, la grosseur du grain critique est d’autant plus importante que la température de recuit est élevée. En résumé, plus les limites sont faibles, plus la grosseur du grain critique est importante.

Études illustrant le phénomène d’écrouissage critique

Résultats des essais

La faible plasticité de l’alliage 2017A à l’état T4 n’a pas permis d’atteindre un taux d’écrouissage suffisant pour observer le grain de recristallisation critique. Afin de bénéficier du maximum de plasticité de chaque alliage, les alliages 2017A et 6061 ont été préalablement recuits avant la campagne d’essais d’écrouissage et de recuit.

• Avec les paramètres d’essais pratiqués, aucune recristallisation n’a pu être obtenue pour l’alliage 2017A, ceci est dû en partie à la présence d’inhibiteurs de grossissement de grains et de recristallisation (fer, chrome, manganèse) dans cet alliage.
• Pour les alliages 5083 et 6061, le taux d’écrouissage critique a été respectivement atteint pour 11{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661} et 13{1373dd200fcdbed67d8e7356551073913182d4223b749bcd5dd91b30da878661}. Il y a eu recristallisation et formation de grains critiques de grande taille.

Alliage 5083 : résultats des clichés micrographiques

Alliage 6061 : résultats des clichés micrographiques

Auteur de l’article : Hervé Gransac
Tèl. : 02 38 69 79 54

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Tout savoir sur la fusion laser sur lit de poudre métallique

La fusion laser sur lit de poudre est un procédé de fabrication additive métallique qui consiste à créer une pièce couche par couche grâce à la fusion des particules de poudre via un faisceau laser. Le cadre normatif de cette technologie, également connue sous le nom de Selective Laser Melting (SLM), est en cours de construction au niveau mondial. La fusion laser sur lit de poudre rend possible la fabrication de pièces aux géométries irréalisables avec les procédés conventionnels. On parle de fabrication directe lorsqu’elle est utilisée comme moyen de fabrication de petites et moyennes séries car elle ne nécessite ni outil ni programmation.

Après plus d’une décennie d’existence commerciale, les utilisateurs de ce procédé sont les entreprises des secteurs Aéronautique et Aérospatiale, de l’Armement,  Outillage, Médical, et de l’Automobile de compétition voir de Luxe. Le secteur de la bijouterie utilise également la fusion laser sur lit de poudre car elle permet la mise en oeuvre de matériaux précieux tels que l’or ou le platine.

Processus de fabrication & chaîne numérique de la fusion laser sur lit poudre

Processus de fabrication

Le processus de fabrication via le procédé de fusion laser sur lit de poudre est réalisé dans une enceinte sous gaz neutre. Il peut être décrit en 4 étapes clés :

Une fois la poudre stockée dans le réservoir d’approvisionnement, le piston s’élève de la hauteur d’une épaisseur de couche.

Un système de mise en couche vient ensuite étaler cette épaisseur de poudre dans le bac d’impression. C’est le lit de poudre.

Si la mise en couche est valide, le laser donne naissance à la première section de l’objet par création de micro-cordons les uns à coté des autres issus de la  fusion des particules de poudres se trouvant sur sa trajectoire. Si la couche formée n’est pas uniforme, une deuxième mise en couche est effectuée pour combler les manques avant le passage du laser.

Pour finir, le bac d’impression s’abaisse légèrement (de l’épaisseur d’une couche de poudre) et l’opération recommence. De cette manière, les particules vont fusionner strate par strate jusqu’à l’obtention de la pièce finie.

Les spécificités de la fusion laser sur lit de poudre

Les poudres

Les poudres utilisées en fusion laser sur lit de poudre doivent présenter des granulométries fines et une répartition de type gaussienne. La morphologie des particules doit être la plus sphérique possible de manière à assurer une bonne coulabilité. Actuellement, la majorité des poudres mises en oeuvre par fusion laser sont élaborées par atomisation sous gaz neutre. Cela permet d’obtenir des poudres sphériques de granulométrie comprise entre 1 et 100 microns.

L’épaisseur de couche est un paramètre influent car elle détermine la durée de la fabrication et l’ampleur de l’effet d’escalier visible sur la pièce avant finition. Cette épaisseur de couche est à choisir lors du découpage du fichier STL. Plus l’épaisseur de couche est importante, plus la fabrication est rapide.

Les supports de fabrication & la construction

Lors d’une fabrication réalisée par fusion laser sur lit de poudre, il existe des retraits de matière. Ce phénomène s’explique par le passage de la matière de l’état amorphe à l’état cristallin lors de la solidification ainsi que par la rétractation du réseau cristallin lors du refroidissement. Les supports de fabrication servent à contrecarrer les déformations causées par ces retraits en jouant le rôle de brides entre les pièces et le plateau de fabrication. Ils doivent donc être suffisamment nombreux et robustes pour compenser les contraintes mécaniques engendrées par cette différence de température.

Si ce n’est pas le cas, les contraintes générées lors de l’empilement successif des strates provoquent des déformations voir le décrochement des pièces du plateau ce qui a pour effet de faire crasher la fabrication. Outre leur rôle de bride, les supports de fabrication jouent également le rôle d’éléments porteurs durant certaines fabrications. Dès la conception, ils doivent être prévus pour être retirés avec des moyens conventionnels une fois l’impression terminée. Les supports de fabrication permettent également l’évacuation de la chaleur (conduction thermique) générée lors du passage du laser pour éviter un brûlage du matériau.

Comme tout procédé de fabrication, la fusion laser sur lit de poudre nécessite l’élaboration d’une stratégie de fabrication. Les plus utilisées sont la stratégie en bande et en damier avec un croisement entre les couches. Le choix de la stratégie de fabrication à adopter est tout aussi important que les paramètres de fabrication car ils conditionnent les propriétés finales de la pièce.

D’autre part, la température et la présence d’un gaz protecteur au sein de l’enceinte de fabrication doivent être contrôlés pour garantir le bon déroulement d’une fabrication. Le choix de ce gaz protecteur dépend quant à lui du matériau utilisé.

Les post-traitements

Une fois l’étape de construction par fusion laser sur lit de poudre terminée, la pièce n’est pas encore exploitable. Les supports de fabrication relient toujours la pièce au plateau, l’état métallurgique de l’objet, son état de surface et ses dimensions ne sont pas forcément en adéquation avec les caractéristiques attendues dans le cahier des charges. Les étapes de post-traitements sont donc nécessaires (grenaillage, détensionnement, traitements thermiques, compression isostatique à chaud, découpe des pièces du plateau …)