►ISO 9001:2008 / ISO 17025:2005

Les alliages avancés et la fabrication additive

Gheorghe Marin, ing.Directeur général du CMQ

►www.cmqtr.qc.ca

Le CMQ fait parti du réseau des centres collégiaux de transfert detechnologie (CCTT). Les CCTT regroupent plus de 1000 experts.

Présentation du centre

2

CMQ = 29 ans au service des entreprises

CMQ = une équipe

chevronnée

CMQ = la force d’une réseau

• Intégré au cégep de Trois-Rivières depuis 1985;• Serve plus de 150 entreprises annuellement;• Offre technologique unique au Québec et au

Canada.

• Plus de 25 personne ( Ph.D., doctorants, ingénieurs, professeurs, techniciens, opérateurs, secrétaire);

• Reconnu pour la qualité des publications scientifique et techniques

Membre du REGAL, CRIAQ, CRITM, ADRIQ, FCCQ, TRANSAL, TRANSTECH, CQRDA, GIAQ, Pôle Transport, AFT, AFS, ITA…

►www.cmqtr.qc.ca

Le seul centre collégial de transfert de technologie dédié entièrement

au secteur métallurgique:

Présentation du centre

3

• Devenir la référence en transfert technologique ainsi qu’en recherche et développement, afin de favoriser l’essor et la compétitivité de l’industrie métallurgique tout en accompagnant l’enseignement professionnel au collégial.

mission

• Innover

• Développer

• Partager

valeurs

• Assurer un environnement créatif favorable à la croissance des entreprises métallurgiques, tout en investissant dans la technologie et le personnel. vision

►www.cmqtr.qc.ca

Selon l’ASTM, la fabrication additive est un « procédé qui

permet d’assembler des matériaux à partir de modèles 3D,

habituellement couche après couche et ceci en opposition avec

la fabrication soustractive, telle que l’usinage et le

découpage ».

Fabrication additive

4

CADMachine

de FAPiècefinale

►www.cmqtr.qc.ca

Selon l’ASTM, la fabrication additive est un « procédé qui

permet d’assembler des matériaux à partir de modèles 3D,

habituellement couche après couche et ceci en opposition avec

la fabrication soustractive, telle que l’usinage et le

découpage ».

Au CMQ:

• Fabrication additive au laser par projection de poudre;

• Fabrication additive par soudage par ultrasons;

• Soudage à froid – Cold Metal Transfer (CMT);

• Fabrication additive par métallurgie des poudres;

• Modélisation par dépôt fusionné;

• Moulage de précision.

Fabrication additive

5

►www.cmqtr.qc.ca

Étapes du procédé

1. Dessin CAD de la pièce;

2. Application d’un lit de poudre dans la machine;

3. Passage du faisceau laser pour faire fondre une partie des

poudres et obtenir une couche métallique dense;

4. Descente la pièce et nouvelle application de poudre;

5. Répétition des étapes 3 et 4 jusqu’à l’obtention d’une pièce

complète.

Fabrication additive au laser avec lit de poudre (PBLAM)

6

►www.cmqtr.qc.ca

• Procédé qui possède plusieurs acronymes: DMLS (Direct metal laser sintering),

SLS (Selective laser sintering), DMLM (Direct metal laser melting), etc. ;

• Permet de créer des pièces de forme complexe avec un fini de surface

relativement bon;

• Technologie disponible à l’ÉTS et prochainement au CRIQ.

• Partenariat entre le CRIQ et le CMQ pour le développement des technologies

de fabrication additive (Plateforme de Recherche sur l’Impression Multi

Épaisseurs – PRIME).

Fabrication additive au laser avec lit de poudre (PBLAM)

7

►www.cmqtr.qc.ca

• Fabrication de pièces à l’aide d’un faisceau de laser dans lequel

est projeté de la poudre métallique;

• Optomec est le seul fournisseur de système complet (LENS);

• D’autres compagnies fournissent des têtes de projection qui

doivent être fixées sur un robot automatisé.

• Technologie disponible seulement au CMQ.

Fabrication additive au laser par projection de poudre (PFLAM)

8

►www.cmqtr.qc.ca

Procédé qui permet:

• Réparation de pièces;

• Élaboration de composition

variable en fonction de la position

dans la pièce;

• Développement d’alliages;

• Recouvrements métalliques,

céramiques ou en verre métallique;

• Géométrie de pièces moins

complexes que le PBLAM.

Fabrication additive au laser par projection de poudre (PFLAM)

9

►www.cmqtr.qc.ca

Procédé qui permet:

• La fabrication de pièces en acier à outils ayant une composition

de surface permettant de conférer une excellente réponse à la

nitruration alors que la composition à l’intérieur de la pièce

permettra d’augmenter la résistance à chaud;

• la construction de pièces d’aluminium résistant mieux à l’usure en

surface alors que le centre présente une proportion d’éléments

d’alliage moins élevée au centre;

• d’obtenir des taux de refroidissement supérieurs à 1000 K/s, ce

qui permet de fabriquer des verres métalliques. Les verres

métalliques possèdent des résistances très élevées, des duretés

élevées et des modules de Young plus faibles (intéressants pour

les applications de ressorts).

Fabrication additive au laser par projection de poudre (PFLAM)

10

►www.cmqtr.qc.ca

•Matériaux utilisés dans le procédé LENS

Fabrication additive au laser par projection de poudre (PFLAM)

11

Famille d’alliage Alliages Famille d’alliage Alliages

Titane Ti CP Aciers à outils H13, S7

Ti 6-4 A2

Ti 2-4-2 Aciers inoxydable 13-8, 17-4

Ti 6-2-4-6 304, 316

Ti 48-2-2 410, 420

Ti-22Al-23Nb 15-5PH

Nickel IN625 AM355

IN718 309, 416

Waspalloy Aluminium 4047

Rene 41 Cobalt Stellite 6, 21

IN690 Carbide Ni-WC

Hastelloy X Co-WC

MarM247 Copper GRCop-84

Rene 142 Cu-Ni

Céramique Alumine Réfractaire W, Mo, Nb

►www.cmqtr.qc.ca

Fabrication additive au laser par projection de poudre (PFLAM)

12

►www.cmqtr.qc.ca

Lors de la fabrication additive de soudage par ultrasons, des

lamelles de métal sont soudées à la couche sous-jacente à

l’aide d’ultrasons. Les vibrations induites par les ultrasons

permettent l’ancrage mécanique de la lamelle et du substrat.

Technologie disponible au CMQ.

Fabrication additive par soudage par ultrasons (UAM)

13

►www.cmqtr.qc.ca

•Fabrication additive de pièces à

l’aide de rubans métalliques

•Soudage de métaux dissimilaires

(Soudage à l’état solide; pas de

formation de phases fragiles)

(Al-Cu, Al-Ti, Cu-Fe)

Fabrication additive par soudage par ultrasons (UAM)

14

SiC

Cu

Al

•Possibilité de bâtir en incluant des sections vides non

débouchantes sans assemblage.

►www.cmqtr.qc.ca

•Procédé de fabrication

additive qui permet de

produire des pièces par la

procédé de métallurgie des

poudres ainsi que des pièces

en sable pour la production

de noyaux.

Fabrication additive par métallurgie des poudres(M-Flex de ExOne)

15

►www.cmqtr.qc.ca

•Presse uniaxiale pour la consolidation des

poudres

•Presse isostatique à chaud

•Four de frittage sous vide

Installations de métallurgie des poudres

16

►www.cmqtr.qc.ca

•Procédé qui permet de faire du recouvrement avec de

faibles dilutions (cladding) et permet aussi de déposer des

tiges servant d’ancrage pour des recouvrements de

polymères (CMT Pin).

Soudage à froid – Cold Metal Transfer (CMT)

17

►www.cmqtr.qc.ca

•Procédé qui permet de

souder des tôles minces.

•Meilleures capacité à

combler des jeux.

•Soudage aluminium sur

acier galvanisé.

Soudage à froid – Cold Metal Transfer (CMT)

18

* Source photos: Brochure publicitaires CMT Fronius

►www.cmqtr.qc.ca

•Comme le DMLS, la fusion par

faisceau d’électrons utilise un lit de

poudre;

•Un faisceau d’électrons est utilisé

au lieu d’un laser pour faire fondre

la poudre;

•Permet de créer des pièces de

forme complexe;

•Arcam est l’unique fabricant de

machine de fusion par faisceau

d’électrons

Fusion par faisceau d’électrons (EBM)

19

►www.cmqtr.qc.ca

•Contrairement aux procédés présentés

plus haut, la stéréolithographie permet de

fabriquer des pièces en polymères;

•Fonctionnement similaire à la fabrication

additive au laser par lit de poudre;

•Un faisceau de lumière ultraviolette passe

au travers de monomères qu’il polymérise

localement.;

•Permet de faire des formes complexes;

•Gamme de produits et de prix très variés:

imprimantes personnelles ~2000 $ aux

imprimantes industrielles à 150 000 $

Stéréolithographie (SLA)

20

►www.cmqtr.qc.ca

•Comme la stéréolithographie, la modélisation par dépôt fusionné

permet de fabriquer des pièces en polymères;

•Cependant, les polymères sont thermoplastiques, comme la cire,

au lieu de thermodurcissable pour la stéréolithographie;

•Un filament est fondu et déposé pour former la pièce;

•Ces pièces servent de modèles pour le moulage par cire perdue;

Modélisation par dépôt fusionné (FDM)

21

►www.cmqtr.qc.ca

Four CONSARC

o 250 kW

o 5 Kg (titane) coulé

o Vide 10 -4 mm Hg

o cycle 6 coulées / h

Moulage en cire perdue (Fusion et mise en forme des alliages de titane et zircone sous vide)

22

►www.cmqtr.qc.ca

Pendant la fusion le

métal lévite sous l’effet

du champ électrique à

haute fréquence.

Le champ est coupé un

court instant lors de la

coulée

Il en résulte la formation

d’un coquille (skull)

Moulage en cire perdue (Fusion et mise en forme des alliages de titane et zircone sous vide)

23

http://www.spaceflight.esa.

Raccourci vers skull.JPG.lnk

►www.cmqtr.qc.ca

Type de moulage:

o Cire perdue

• Couches primaire et secondaire:

Zircone (ZrO2) stabilisé au CaO, Alumine (Al2O3) et d’un liant

Zirconium ammonium carbonate.

• Couche ternaire:

Silice colloïdale avec Alumino-Silicate.

Moulage en cire perdue (Fusion et mise en forme des alliages de titane et zircone sous vide)

24

►www.cmqtr.qc.ca

Injection de cire

o Modèle en cire

Montage

o Grappe

Enrobage (couches successives)

o Grappe

Decirage

o Moule

Coulée

o Pièces

Coupage des attaques

Meulage

Finition et mesures dim.

Moulage en cire perdue (Fusion et mise en forme des alliages de titane et zircone sous vide)

25

►www.cmqtr.qc.ca

Alliages avancés:

o Alliages de titane (Ti CP, Ti-6Al-4V, Nitinol)

o Alliages de zirconium (702, 705)

o Superalliages de nickel (Inconel, Hastelloy)

o Aciers Inoxydables

o Aciers alliés (aciers au manganèse, aciers outils)

o Aluminures de titane (Al3Ti, AlTi, AlTi3)

o Aluminures de nickel (Al3Ni, AlNi3)

Moulage en cire perdue (Fusion et mise en forme

des alliages de titane et zircone sous vide)

26

►www.cmqtr.qc.ca

Alliages Titane, Zirconium

o Alliages très réactifs

• Solubilité oxygène (Zr – 8,6% ; Ti – 13,5%)

• Couche alpha:

Durcissement structural par solution

solide interstitiel (C et O)

o Usinage mécanique ou chimique

• 15 - 30% Acide Nitrique (HNO3)

• 3 - 5% Acide Fluorhydrique (HF)

Moulage en cire perdue (Fusion et mise en forme des alliages de titane et zircone sous vide)

27

►www.cmqtr.qc.ca

o Le CMQ a aussi développé

les procédures de soudage

pour :

• Les alliages de nickel;

• Les alliages de titane;

• Les alliages de

zirconium.

o Dans certains cas, après le

développement des

paramètres de compactage

isostatique à chaud.

Moulage en cire perdue (Fusion et mise en forme des alliages de titane et zircone sous vide)

28

►www.cmqtr.qc.ca

Le Centre de recherche sur l’aluminium – REGAL est un regroupement stratégique qui

s’intéresse aux travaux de recherche autour du matériau aluminium, de sa production primaire au

développement de procédés de mise en forme et de design jusqu’à la conception de nouveaux

alliages. (chercheurs de: l’Université Laval, l’Université McGill, l’École Polytechnique,

l’Université de Sherbrooke, l’ETS et l’UCAQ et Collège de Trois-Rivières)

Collaboration avec REGAL

29

Pour nous joindre To contact us :3095, rue WestinghouseParc industriel des Hautes-ForgesTrois-Rivières (Québec) G9A 5E1www.cmqtr.qc.ca | 819 376-8707

NOS PARTENAIRES