Caractéristiques des poudres
Lot de poudre
Composition chimique.
Le comportement d'une poudre de métal sous laser ne dépend pas seulement des propriétés physiques mais également des propriétés chimiques. La validation de la composition chimique aide à garantir les propriétés du matériau final. Il convient de déterminer les proportions des éléments interstitiels qui altèrent fortement les propriétés :
Oxygène, Azote, Carbone et Soufre.
Exemples:
Les propriétés de résistance et de ductilité à la traction du Ti-6Al-4V sont influencées par la teneur en Oxygène : une augmentation de la teneur en Oxygène entraîne une augmentation de la résistance à la traction et une diminution de l'allongement.
(J.-M. Oh, B.-G. Lee, S.-W. Cho, S.-W. Lee, G.-S. Choi and J.-W. Lim, Metal. Mater. Int., 2011, 17, (5), 733)
•Des recherches ont également montré que les éléments interstitiels peuvent influencer la cinétique de fusion de la poudre en interférant avec la tension superficielle du bain de fusion, ce qui a une influence négative sur la porosité du produit final.
(D. Boisselier and S. Sankaré, Phys. Procedia, 2012, 39, 455)
La composition chimique influe sur :
Le point de fusion
Les propriétés mécaniques
La soudabilité
Les propriétés thermiques
...
Source : « Hocine Si Mohand (RAFAM)[1] »
Typologie
1- La forme des particule
Source : Metal AM Magazine – Winter 2017[2]
Soure: ASTM Metal Hanbook Vol.7[3]
Trois coefficients (compris entre 0 et 1 ) sont souvent employés pour caractériser la forme des poudres:
La convexité : mesure de la rugosité de bord d'une particule.
La circularité : mesure de l’écart avec un cercle parfait
L'allongement : mesure de la relation largeur / longueur
Source : Metal AM Magazine – Winter 2017[2]
2- La présence de satellite
Soure: ASTM Metal Hanbook Vol.7[3]
Taille des particules et répartition granulométrique
Les différentes granulométries présentes dans la poudre sont "codé" de la façon suivante
D10 :diamètre pour lequel 10% des particules sont inférieures à 10 nm
D50: diamètre pour lequel 50% des particules sont inférieures à 50 nm
D90: diamètre pour lequel 90% des particules sont inférieures à 90 nm
Le span, défini comme [D90– D10]/ D50 : indication sur la largeur de la distribution granulométrique.
La géométrie permet aisément de comprendre l’influence de la granulométrie sur la poudre :
Les particules fines (0,1-5μm) ont tendance à former des agrégats ce qui entraîne une diminution de la coulabilité.
Les grosses particules (90-120μm) laissent de grands vides ce qui réduit la densité du lit de poudre.
Un mélange de petites et grosses particules est le mieux adapté pour le LBM, où les particules plus petites vont percoler à travers les grosses particules pour remplir convenablement le vide et ainsi atteindre une densité plus élevée.
Une large distribution aboutie à une meilleures compacité du lit de poudre.
Pour la fabrication additive, les résultats obtenus seront d'autant meilleurs que la poudre est dense.
Pour augmenter la densité, il faut une répartition granulométrique particulière.
Source : Metal AM Magazine – Winter 2017[2]
L’ensemble des paramètres de fabrications sont dépendants les uns des autres , en effet il a été précisé qu'une bonne densité de poudre permet d'obtenir de meilleurs résultats , cependant il ne faut pas négligé que ceci est vrai si l’énergie utilisée est suffisante. En effet, l'énergie de fusion est elle aussi dépendante de la taille moyenne des particules
Source : « EPMA(Courtesy of Fraunhofer IFAM)[4] »
Par conséquent, on choisira la granulométrie en fonction du procédé employé :
Procédé de fusion par faisceau laser (LBM): 5-50 μm
Procédé par fusion par faisceau d'électrons (EBM): 50-100 μm
Procédé directe par laser (DMD): 50-150 μm
Coulabilité
La coulabilité d'une poudre est son aptitude à s'écouler librement de manière régulière et constante sous forme de particules individuelles. (Techniques de l'Ingénieur). Celle-ci conditionne l'homogénéité du lit de poudre, sa densité ainsi que l'uniformité des couches successives. Ce sont trois critères incontournables pour obtenir des pièces de qualité en fabrication additive.
La coulabilité est liée à différents paramètres (certains ont déjà été cité précédemment) :
• La forme des particules (les particules sphériques sont plus coulables que les particules anguleuses ou irrégulières).
• La taille des particules (les grosses particules sont plus coulables que les fines).
• La teneur en humidité de la poudre (plus la poudre est humide moins elle sera coulable).
• Le rapport entre les densités tassée et apparente (plus le rapport est proche de 1, plus la coulabilité est grande).
• Les forces électrostatiques et de Van der Waals sont beaucoup plus gênantes pour les particules fines car elles génèrent la formation d'agglomérats ce qui a pour effet de diminuer la coulabilité.
Mesure de la coulabilité :
1- Avec un débitmètre (Hall flowmeter) :
2- Par mesure de l'angle de talus :
Indice de Hausner :
L'indice de Hausner est égal au rapport de la masse volumique tassée sur la masse volumique apparente (ou le rapport du volume apparent sur le volume tassé)
Mesure de la masse volumique tassée :
Une éprouvette graduée en volumes pouvant être entre 10 à 1000 cm3 est remplie avec le matériau granulaire et pesée. L'éprouvette pleine est fixée au voluménomètre et est soumise à un mouvement de tapotement vertical. Le nombre d'impact, la fréquence et le temps de tapotement sont réglés. La masse volumique apparente du matériau granulaire augmente et tend vers la compacité maximale. A la fin de l'essai, la masse volumique tassée du matériau granulaire est obtenue en divisant la masse pesée par le volume tassé.
Source : Metal AM Magazine – Winter 2017[2]
Les poudres qui ont un indice de Hausner inférieur à 1.2 sont considérées comme ayant une excellente coulabilité.