Caractérisation de la poudre métallique

Quels sont les procédés de fabrication additive mettant en œuvre de la poudre métallique ?

 

La poudre constitue la matière première utilisée pour les procédés de fabrication additive métallique suivants :

  • La fusion laser sur lit de poudre,
  • La fusion par faisceau d’électron sur lit de poudre,
  • La projection de poudre.

Les deux premières technologies consistent à étaler de fines couches de poudre les unes sur les autres, dans un bac de fabrication. Chaque couche est balayée par le faisceau laser/d’électron pour fabriquer des micro cordons de soudure les uns à côté des autres, constituant les couches 2D des pièces à fabriquer. Ainsi, les pièces grandissent petit à petit dans le bain de poudre.

La troisième technologie consiste à créer un bain de fusion sur un support ou une pièce métallique sous l’action d’un laser. La poudre est alimentée co-axialement au laser, et fond pour former un cordon lié par fusion au matériau support.

Pourquoi analyser une poudre ?

 

Analyser une poudre permet de rassembler des données physiques, chimiques et rhéologiques sur les particules composants cette poudre mais également des données sur les propriétés collectives de ces particules. Concrètement, une bonne exploitation de ces données permet :

  • Le bon déroulement du procédé en anticipant un certain nombre de défaillances.
  • De fabriquer la pièce avec une composition chimique conforme à l’application souhaitée.
  • De prévenir l’apparition de porosités fermées dues à la présence de gaz occlus ou résultantes d’un lit de poudre de mauvaise qualité.

A quels moments effectuer les contrôles ?

 

Une première analyse de la poudre doit être effectuée à la réception d’un nouveau lot.

  • Vérification de la qualité de la matière approvisionnée et validation de la conformité avec le certificat d’analyse matière.

Les poudres subissent diverses étapes de transport et de cycles d’utilisation/mélange/tamisage/stockage, susceptibles de faire varier ses caractéristiques. Egalement, les propriétés d’une poudre sont susceptibles de varier entre les différents contenants, même si la poudre provient d’un même lot. Des contrôles réguliers sont donc nécessaires pour suivre ces éventuelles variations et déceler des écarts trop importants.

  • Suivi des propriétés de la poudre lors de ses différentes réutilisations dans les fabrications.

Des analyses sont également nécessaires pour comparer et/ou faire un choix entre plusieurs poudres :

  • Lorsque l’on décide de changer de fournisseur pour des questions de coût/qualité/délai.
  • Lorsque l’on souhaite faire du multi-sourcing (qualifier d’autres fournisseurs) pour sécuriser l’approvisionnement.

 

  • Comparer les propriétés physiques, chimiques, rhéologiques de poudre provenant de divers fournisseurs, pour choisir la poudre la plus adaptée sur des critères objectifs.

    Quels sont les moyens à disposition ?

     

    Nous proposons aux industriels de contrôler les propriétés de leur poudre à l’aide des moyens d’analyses ci-dessous.

    • Granulométrie : mesure de la répartition des tailles des particules par granulométrie laser.

    Granulomètre laser (à gauche) et pycnomètre à gaz (à droite) :

     

     

    • Morphologie: forme et état de surface général des particules par image au microscope électronique à balayage (MEB)

    Observation de la poudre par microscopie optique (à gauche) et par microscopie électronique à balayage (à droite) :

     

     

     

    • Composition chimique: par ICP-AES, OES-Etincelage, thermoconductivité, combustion sèche, sonde EDX sur le MEB, selon les éléments à détecter et la précision requise.
    • Coulabilité: mesures des taux d’écoulement à travers les cônes de Hall et de Carney, mesure d’écoulement libre avec l’appareil Flodex et mesure d’angle de talus.
    • Densité: mesures de densité vraie par pycnométrie gaz, de densité apparente et de densité tassée.

     

    Appareils de mesure (de la gauche vers la droite) de la coulabilité de la poudre : Flodex, cônes de Hall et de Carney, de densité apparente, d’angle de talus et de densité tassée :

     

     

    • Santé matière et état métallurgique : mesure de porosité et révélation de la structure métallurgique par observation sur coupe des particules. Moyens d’analyse : microscope optique, MEB, sonde EBSD (Electron Back Scattered Diffraction) sur MEB
    • Mesure d’humidité : mesures d’humidité relative dans le bain de poudre et du taux d’humidité des particules par analyse Karl Fisher.

     

     

    Demander un devis