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RÉSUMÉ
Le microPIM est une hybridation entre l’injection thermoplastique et le pressage/frittage de la métallurgie des poudres. Ce procédé possède le gros avantage de permettre l’obtention à bas coût de composants de forme complexe en céramique ou métal, directement aux côtes, sans reprise d’usinage. Cet article propose un tour d’horizon sur la mise en œuvre du procédé pour la fabrication de micro-pièces. L’article présente également de nombreuses réalisations faites dans le monde, les matériaux qui peuvent mis en œuvre par ce procédé ainsi que les évolutions technologiques attendues autour de procédé.
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Luc FEDERZONI : Ingénieur à la Direction des Programmes de la Recherche Technologique au Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives, Grenoble, France
INTRODUCTION
Le procédé microPIM ou « micropowder injection molding », est une déclinaison du procédé de mise en forme d’injection de poudre ou PIM « powder injection molding », pour la fabrication de micro-pièces (taille de l’ordre du millimètre). Ce procédé est devenu un procédé industriel utilisé pour la fabrication des micro-pièces. Il permet l’obtention de composants directement aux cotes, sans reprise d’usinage, et ce dans une très grande gamme de matériaux. Des acteurs industriels, tels que micro-MIM®, au Japon, ou Donatelle, aux États-Unis, commercialisent une grande variété de produits dans une grande gamme de matériaux.
Face à la forte demande actuelle de développement de microsystèmes et de micro-pièces, de nouvelles applications voient régulièrement le jour. Les techniques de fabrication les plus couramment utilisées dans l’industrie sont le micro-usinage en volume isotropique ou anisotropique, par voie liquide ou par bombardement ionique, ou en surface.
Ces techniques de fabrication « classiques » ont des limitations, car le choix des matériaux potentiellement mis en œuvre est réduit. En effet, elles permettent seulement la mise en forme d’objets en silicium ou de matériaux électrolysables. Ces procédés présentent en outre l’inconvénient d’être complexes et relativement coûteux.
Le procédé microPIM fait partie de nouveaux procédés de mise en forme pour la fabrication de micro-composants et potentiellement de MEMS. C’est un procédé « aux cotes » (net-shape) qui permet de fabriquer des composants directement aux cotes, ne nécessitant pas de reprise d’usinage, et dans n’importe quel type de matériaux.
L’objectif de cet article est de donner au lecteur une connaissance de base du procédé microPIM, lui permettant de comprendre les grandes lignes de sa mise en œuvre, des applications pour lesquelles le procédé est pertinent, et enfin les tendances pour le futur permettant de se projeter sur les futures évolutions de ce procédé.
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3. Matériaux mis en œuvre
Dans ce chapitre, nous nous proposons de faire un état des lieux des matériaux pouvant être mis en œuvre par microPIM.
3.1 Types de matériaux pour poudres
Une grande variété de matériaux sont aujourd’hui mis en œuvre par microPIM, comme le montre le tableau 3. On retrouve différents types d‘aciers, de titanes, de nickels, d’alliages de cuivre, des métaux précieux dont l’or, d’alliages de tungstène, et enfin des céramiques, telles l’alumine et la zircone.
Les feedstocks utilisés permettent de réaliser des objets avec des Ra entre 2 et 8 μm suivant le type des matériaux. Pour tous ces matériaux, la densité finale des pièces peut être comprise entre 90 % et 100 %.
HAUT DE PAGE3.2 Types de polymères
D’une manière générale, pour le PIM et le microPIM, on peut incorporer de nombreux matériaux organiques dans la poudre.
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Les gels + eau
Ces solutions sont constituées d’un mélange d’eau et de polysaccharide (agar, par exemple). Ce type de mélange présente l’avantage de respecter l’environnement. Ce procédé est intéressant car l’étape de déliantage peut être suivie directement du frittage dans le même four (contrairement au Catamold® cité ci-après, par exemple).
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Les polyacétals + polyoléfines
Ce type de formulation, breveté puis commercialisé en 1991 par BASF sous le nom de Catamold®, nécessite un déliantage catalytique sous vapeur d’acide nitrique. Il présente des propriétés remarquables de stabilité mécanique et géométrique après l’injection.
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Les polymères solubles dans l’eau (PEG, par exemple) + polyoléfines
Dans ces formulations, le PEG est retiré lors d’une étape de déliantage dans l’eau. Cette étape est réalisée en quelques heures. Le liant résiduel (de l’ordre de 5 % de la masse initiale de liant) est oxydé lors de l’étape de déliantage thermique.
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Les...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - - https://rmis.jrc.ec.europa.eu/?page=crm-list-2020-e294f6
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(2) - NISHIYABU (K.), MATSUZAKI (S.), TANAKA (S.), PIOTTER (V.) - Micro Evaluation Methodology for Micro Metal Injection Molding. - Proc. of PM2TEC 2003, Las Vegas (2003).
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(5) - GERMAN (R.M.) - A rationalization of the powder injection moulding process for stainless steels based on component features. - Proc. Int. Conf. on Powder Metallurgy & Particulate Materials, Las Vegas, NV306 (1998).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Matériaux métalliques frittés pour moulage par injection – Spécifications - ISO 22068 - 2012-07
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Wittman Battenfeld https://www.wittmann-group.com/fr
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association européenne de la métallurgie des poudres, EPMA http://www.epma.com
HAUT DE PAGE1.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Les séminaire de l’EPMA organisés par PMLIFE https://seminars.epma.com/
HAUT DE PAGE1.4 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
ENSMM https://www.supmicrotech.fr/
ECAM...
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