Les progrès de la recherche soulignent le potentiel de Low

14 avril 2023

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Le moulage par injection de poudre à basse pression (LPIM) et le moulage par injection de poudre à haute pression (HPIM) sont des processus de fabrication essentiellement similaires. Cependant, le procédé LPIM nécessite l'utilisation de charges d'alimentation à faible viscosité comprise entre 1,5 et 4,0 Pa·sec pour profiter de pressions d'injection plus faibles, inférieures à 1 MPa. Les pressions d'injection HPIM varient généralement entre 20 et 200 MPa, en utilisant, par exemple, une machine de moulage dotée d'une unité hydraulique complexe, de pistons et de broches pour traiter des matières premières avec des viscosités comprises entre 100 et 1 000 Pa·sec.

Les machines de moulage LPIM, en revanche, ont tendance à utiliser des mécanismes hydrauliques simples et sont généralement de plus petite taille, ce qui entraîne des coûts d'équipement inférieurs, une consommation d'énergie moindre, une usure moindre du moule, moins de contamination des matières premières due à l'usure de la broche ou du piston, une adhérence minimale du mélange au moule, et la non-séparation du liant de base de la poudre métallique.

Le LPIM est utilisé avec succès depuis plusieurs décennies pour la production de composants céramiques en petits et grands volumes, tandis que le HPIM s'est, au cours des trente à quarante dernières années, largement concentré sur la production en grand volume d'une large gamme de matériaux, notamment des alliages, des matériaux durs. les métaux et les céramiques pour les composants de forme relativement petite et très complexe. Cependant, le LPIM attire l'attention des producteurs de HPIM et des utilisateurs de composants en raison des économies potentielles réalisées grâce à l'utilisation d'équipements de moulage par injection moins coûteux et de taille réduite, au développement de liants de matière première avec une fluidité améliorée utilisant des polymères de faible poids moléculaire et à l'élimination. des multiples étapes de déliantage nécessaires au HPIM. Des recherches récentes ont montré que le LPIM peut également être un processus rentable pour le prototypage et la production en petites séries de composants métalliques complexes, de forme proche de la netteté, à haute valeur ajoutée, tels que pour applications aérospatiales et médicales. Cependant, le principal défi lié à l’adoption du LPIM réside dans la composition de la matière première, qui affecte les problèmes associés au moulage par injection et au déliantage ultérieur.

Afin de déterminer le potentiel futur du LPIM, un groupe de chercheurs de la Montanuniversitaet Leoben, Autriche (V Momeni, M Hufnagl, Z Shahroodi, S Schuschnigg, C Kukla et C Holzer) et de l'Institut luxembourgeois des sciences et technologies ( J Gonzalez-Gutierrez), a produit une étude complète des recherches publiées sur les caractéristiques de toutes les étapes de traitement du LPIM, y compris les caractéristiques des poudres métalliques et céramiques utilisées, les liants, le moulage, le déliantage et le frittage. L'enquête de 44 pages, comprenant 226 références issues de travaux de recherche universitaires et industriels, a été publiée en ligne dans Materials, 16, 379, le 23 décembre 2022.

Les auteurs de la revue ont rapporté que des groupes de recherche ont utilisé le LPIM pour produire des pièces à partir d'une gamme d'alliages métalliques, notamment le fer, l'acier inoxydable 316L, le superalliage Inconel 718, ainsi que la céramique et les carbures cémentés, dans une gamme de 100 à 10 000 unités. Il a été constaté que les efforts de recherche actuels se concentrent sur le développement de méthodes expérimentales et de simulations numériques pour examiner l'impact des caractéristiques de la poudre, des paramètres d'injection et des propriétés/caractéristiques des matières premières sur la ségrégation des poudres métalliques et des liants au cours du LPIM.

En ce qui concerne la matière première, il a été déclaré que les liants multicomposants à faible viscosité généralement utilisés dans le LPIM étaient en grande partie à base de cire de paraffine (PW), qui garantit d'excellentes capacités de moulage et favorise les interactions poudre-liant et la stabilité de la matière première, ce qui entraîne peu de ségrégation. De tels systèmes de liants à base de cire à faible viscosité excluent les polymères en raison de leur poids moléculaire élevé.

Il a été déclaré que l’utilisation d’une charge de poudre plus élevée pour la matière première LPIM n’est généralement pas souhaitable, car cela pourrait générer des problèmes et des complications liés au processus, tels qu’une agglomération, une inhomogénéité de la matière première et des défauts différents à chaque étape. De plus, l'absence d'éléments dans le liant qui contribuent à la conservation de la forme à des températures élevées indique que le déliantage et le frittage précis doivent être effectués avec un soin particulier. Il peut également être difficile d’obtenir d’excellentes caractéristiques mécaniques avec une charge de poudre inférieure dans la matière première LPIM par rapport à la matière première HPIM.