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RÉSUMÉ
Le procédé PIM associe les avantages de l’injection plastique et de la métallurgie des poudres. Cette technique est particulièrement adaptée pour l’obtention de petites pièces complexes. Autre atout, les matériaux peuvent être difficilement usinables, puisque les opérations de finition et de polissage sont considérablement réduites, voire même éliminées, en raison de l’état de surface et de la précision des pièces d’excellente qualité. Les différentes étapes de la technologie PIM, ainsi que les problèmes spécifiques comme la composition du feedstock et les conditions de moulage, sont exposées. Le frittage est la dernière, la pièce est alors chauffée pour être consolidée et densifiée. Sont présentés les aspects théoriques de ce phénomène ainsi que les nouvelles techniques de frittage actuellement en développement.
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Delphine MOINARD : Enseignant-Chercheur - Laboratoire Sciences des matériaux, École Catholique d’Arts et Métiers ECAM, Lyon - Arts et Métiers ParisTech, LaBoMaP, Cluny
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Claire RIGOLLET : Enseignant-Chercheur laboratoire sciences des matériaux ; ECAM Lyon
INTRODUCTION
Le procédé de moulage par injection de poudres, PIM, a tout d’abord été adopté par l’industrie céramique dans les années 1970. Puis, ce procédé s’est ensuite développé plus largement dans le domaine des poudres métalliques. Même si l’industrie PIM a connu une forte croissance depuis sa naissance, le nombre de pièces obtenues par ce procédé reste de l’ordre de quelques pourcents en comparaison du nombre total de pièces obtenues par des techniques conventionnelles de métallurgie des poudres et des céramiques techniques.
Le procédé PIM associe les avantages de l’injection plastique et de la métallurgie des poudres pour obtenir des pièces complexes en petite, moyenne, ou grande série dans des matériaux qui peuvent être très difficilement usinables. De plus, ce procédé est particulièrement adapté à des petites pièces. Il est donc quasiment incontournable dans le domaine de la microtechnologie.
Des pièces de formes très complexes peuvent être obtenues directement, ou avec seulement de petites opérations d’usinage. Puisque l’état de surface et la précision des pièces obtenues sont excellents, les opérations de finition et de polissage sont fortement réduites, ou même éliminées. Des réductions importantes de coûts de production sont alors possibles par rapport au frittage de pièces pressées, par exemple.
Dans ce dossier, après avoir comparé la technologie PIM aux procédés conventionnels, nous décrirons les principes de base et les problèmes typiques rencontrés lors des différentes étapes (constituants et composition du feedstock, conditions de moulage et de déliantage). Puis nous nous focaliserons sur le frittage dans le cas spécifique de ce procédé :
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théorie du phénomène de frittage ;
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détails des équipements utilisés dans le domaine industriel ;
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difficultés couramment rencontrées lors du frittage de différents matériaux (métalliques et céramiques) ;
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nouvelles techniques actuellement en développement.
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Constituants et composition du feedstock
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1. Principe et domaines d’applications
Le procédé PIM (Powder Injection Molding) ou MIP (Moulage par injection de poudres), regroupe les procédés de MIM (Metal Injection Molding) et de CIM (Ceramic Injection Molding) visant, respectivement, la réalisation de pièces métalliques et céramiques. Dans les deux cas, la spécificité du procédé est de s'appuyer sur une mise en forme via la technique de moulage par injection utilisée en plasturgie.
1.1 Étapes du procédé
Le procédé PIM se décompose en 4 étapes successives (figure 1). Même si ces étapes sont décrites plus précisément dans les paragraphes suivants, voici le principe général de chacune d’entre elle :
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élaboration du feedstock qui consiste à mélanger une poudre et un liant à base de polymères ;
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moulage où le feedstock sous forme de granulés est placé dans une presse à injecter ;
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déliantage où les liants organiques du feedstock sont éliminés ;
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frittage.
Cette dernière étape qui est un traitement thermique effectué en dessous de la température de fusion du matériau considéré, permet de consolider la pièce pour passer alors d’un empilement dense de poudre à une pièce massive possédant une microstructure définie et, donc, présentant des propriétés spécifiques.
Le frittage, dans le procédé PIM, s’apparente à un frittage ordinaire où la consolidation et la densification de la pièce s’accompagnent d’une réduction des dimensions de la pièce (phénomène de retrait).
En plus des difficultés classiquement rencontrées dans le frittage conventionnel, certaines problématiques sont spécifiques à ce procédé.
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Dans la première étape, le mélange « maître » est réalisé. Ce mélange est formé à partir du matériau constitutif sous forme de poudre (poudre céramique ou métallique), et d'un liant thermoplastique qui va permettre de « véhiculer » la poudre lors de l'étape d'injection. Le mélange-maître obtenu, qui contient environ 50 à 65 %...
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - GERMAN (R.M.) - Divergences in global powder injection moulding - Powder...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Congrès organisé par l’EPMA : EuroPM qui a lieu chaque année en Europe
-
Congrès organisé par Metal Powder Industries Federation : PowderMet se déroule chaque année aux USA
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SMITH (D.J.), SHAPPIE (T.B.), SANFORD (R.A.), LIESZ (R.J.), Tungsten-carbide articles made by metal injection molding and method, US Patent 6790252 (2004).
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KIMREY (H.D.), Method...
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