Fabrication additive : l’américain Ames se positionne comme un fournisseur majeur de poudres métalliques

Considéré comme le segment le plus dynamique et prometteur de l’industrie de la fabrication additive, l’impression 3D métal suscite aujourd’hui toutes les convoitises. Clefs de voûte de ce marché, les poudres métalliques font l’objet d’une concurrence de plus en plus vive chez les fabricants. Parmi les prétendants les plus sérieux engagés dans cette course, l’américain Ames Lab, un laboratoire exploité par l’Iowa State University, détenteur d’un système breveté d’atomisation au gaz capable de produire des poudres métalliques de grande qualité.

Avant de pouvoir être imprimables et passer à l’état de poudres frittables, les matériaux de fabrication additive doivent passer par plusieurs traitements. Tout aussi variés que les procédés d’impression, ces traitements peuvent influer de manière spectaculaire sur la qualité du matériau et sur la pièce finale.

La technique de production de poudre mis au point par le laboratoire Ames, repose sur un procédé d’atomisation au gaz capable de produire des grains lisses et parfaitement sphériques. A l’inverse des procédés plus traditionnels (atomisation à l’eau par ex) engendrant des formes irrégulières et rugueuses, les particules produites par ce procédé s’écoulent en douceur, économisant par la même occasion de l’énergie et réduisant donc les coûts de production.

« Vous pouvez voir qu’ils sont gros, de taille aléatoire, avec des bords rugueux »

Iver Anderson (à gauche) et Emma White en démonstration pour le sénateur américain Charles Grassley

Métallurgistes du Ames Lab, Iver Anderson et Emma White aiment ainsi faire la démonstration de cette fluidité avec de simples sabliers (voir photo ci-contre). Les clients peuvent alors constater par eux-même la différence entre les poudre atomisées au gaz qui s’écoulent parfaitement, et les autres poudres traditionnelles que l’on doit secouer pour passer le goulot.

« Vous pouvez voir qu’ils sont gros, de taille aléatoire, avec des bords rugueux. Ils ne glissent pas les uns sur les autres, ce qui nécessitera un système de mécanisme pulsatoire ou un agitateur dans le processus de fabrication. Cela va coûter au fabricant plus d’énergie pour faire fonctionner sa chaîne de production.» Explique Iver Anderson.

Le principe de l’atomisation au gaz consiste en fait à atomiser un métal fondu à l’aide d’un gaz inerte (argon, azote ou hélium). Au moment où la goutte de métal s’écoule de la cuve, un anneau injecte le gaz. La rencontre des deux éléments engendre alors une réaction appelée choc aérodynamique, provoquant l’éclatement du métal fondu en fines gouttelettes qui se solidifient avant de former les microsphères qui constituent la poudre.

Parfaitement sphériques, lisses et de taille régulière, ces poudres peuvent même être personnalisées pour différents besoins de l’industrie et de la recherche. Avec ce procédé, Ames Laboratory est capable de produire une large gamme de matériaux, des poudres de fer, de titane, d’aluminium, de nickel, de cuivre, d’aluminium, d’étain, ou encore de magnésium et de nombreux alliages.

« L’industrie du titane est extrêmement intéressée par la métallurgie des poudres »

« L’industrie du titane est extrêmement intéressée par la métallurgie des poudres et les méthodes de consolidation de forme finies« , affirme White. « Ils voient les progrès dans la métallurgie des poudres comme une stratégie efficace de contrôle des coûts en faisant des pièces dans des formes quasi-finies et en minimisant les déchets de titane. »

Se positionnant comme fournisseur de poudres métalliques sur-mesure pour les entreprises de fabrication d’additif, le laboratoire Ames souhaite étendre sa capacité de production pour atteindre les 100 kg de poudres par cycles de production. « La capacité de créer des formes impossibles à partir d’alliages incroyables est ma mission dans la vie. Je veux travailler sur les façons d’obtenir cela fait. » Déclare Iver Anderson.

Exploité par l’Iowa State University, le Laboratoire Ames est détenu par le Département américain de l’Énergie. Ses 16 brevets sont sous licence exclusive de Praxair qui a acquis « l’IPAT », société spin-off en charge de mettre la technologie sur le marché.