Élaboration, Procédés et Matériaux (EPROM)
Avec des compétences allant de la caractérisation du matériau jusqu’à l’analyse de son comportement en passant par sa fabrication et sa modélisation, le Centre des Matériaux développe des matériaux légers, résistants et parfois innovants pour l’aéronautique et d'autres secteurs comme l'industrie du moule et le médical grâce aux procédés de la fabrication additive. C’est de par cette multitude d’activités scientifiques et par la recherche partenariale que ce laboratoire commun de recherche MINES Paris - ARMINES peut répondre au mieux aux attentes socio-économiques des industriels.
Contact : jean-dominique.bartout@minesparis.psl.eu
Le périmètre de la plateforme EPROM (Elaboration, Procédés et Matériaux) intègre tous les moyens de fabrication et de traitements thermiques du laboratoire. La majeure partie des moyens de fabrication concerne les techniques de fabrication additive.
Les missions d’EPROM sont de :
- Fournir aux équipes de recherche les moyens expérimentaux nécessaires à leurs thématiques scientifiques
- Assurer le fonctionnement et la maintenance des installations
- Proposer et Développer les technologies rattachées à la plateforme
- Développer les compétences des personnels
- Former et assurer le suivi des étudiants dans leur parcours
- Assurer la convergence des pratiques en matière de contraintes HSE (poudres, gaz, Lasers)
- Promouvoir les technologies
EPROM s’appuie sur les compétences et l’expérience de trois technicien(ne)s et deux ingénieurs. Chaque membre est spécialisé dans une activité et gère une ressource. L’organisation d’EPROM permet la redondance des compétences et la continuité de service.
EPROM organise la semaine B3 du mastère spécialisé DMS et participe à l’enseignement dans l’option Matériaux et l’enseignement spécialisé « fabrication additive » de Mines Paris
En 2021, la moitié de l’activité d’EPROM a été consacrée à la recherche. Celle-ci est réalisée en collaboration avec les équipes de recherche par l’intermédiaire des travaux des doctorants ou en activité propre.
Les principaux moyens de fabrication additive au Centre des Matériaux sont le L-PBF (Laser Powder Bed fusion), le MBJ (Metal Binder Jetting), l’impression 3D (FDM, SLA).
Les équipements de revêtements épais sont le Cold Spray haute et basse pression.
EPROM développe les moyens connexes autour des équipements principaux et cible ses efforts vers l’instrumentation pour le contrôle des procédés, en lien avec les propriétés d’usage des matériaux et des pièces. La maitrise des matériaux est à la base des développements. Ces travaux sont réalisés en mode projet.
EPROM assure pour l’ensemble du Laboratoire les traitements thermiques, l’approvisionnement et la gestion des gaz, le stockage et l’inventaire des poudres.
Nouveautés
Un procédé de fabrication additive pour des pièces métalliques aux propriétés mécaniques isotropes
Par fabrication additive, les matériaux sont élaborés et les pièces façonnées simultanément. La caractérisation microstructurale, l’étude du comportement mécanique et la prédiction de la durée de vie s’appliquent à ces « nouveaux » matériaux.
Le Metal Binder Jetting (MBJ) a la capacité de produire en grandes séries des pièces métalliques précises et denses pour des applications à forte valeur ajoutée.
Dans les technologies de fusion sur lit de poudre (PBF), l'énergie thermique est utilisée pour fondre localement un lit de poudre métallique ; la pièce imprimée subit localement un chauffage et un refroidissement rapides. Les matériaux obtenus présentent des microstructures hors équilibre orientées du fait du gradient thermique, d’où des comportements mécaniques anisotropes où les contraintes thermiques imposées aux pièces sont élevées.
Par MBJ, un agent liant liquide est déposé sélectivement par une tête d'impression. Le façonnage est exécuté à basse température et ne nécessite pas la conception de supports. La pièce imprimée est ensuite frittée et présente une microstructure et un comportement isotropes conformes aux performances souhaitées. Les étapes post impression sont analogues à celles du moulage par injection de métal (MIM).
Le Centre des Matériaux investit dans ce procédé. Un four de frittage sous atmosphère hydrogène grand volume, des périphériques de dépoudrage et de protection collective complètent cet équipement.
Les problématiques d’infiltration à grandes vitesses, de formulation du liant, de cinétiques de polymérisation et de pyrolyse, des traitements thermiques de frittage spécifiques aux poudres utilisées, de maitrise de l’anisotropie du comportement mécanique constituent en 2021 les sujets de recherche d’un étudiant du mastère spécialisé DMS et de trois doctorants.