Micronora 2022 Festival de nouveaux matériaux

de Jean Guilhem

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Alliages métalliques amorphes, alliages bi matière, cermet, céramiques, carbures, fils d'apport pour fabrication additive : les visiteurs de Micronora 2022 ont découvert ces nouveaux matériaux capables de répondre aux défis de miniaturisation ou d'économies de matières dans la partie Zoom du salon. Autre centre d'intérêt, les Microns et Nano d'or attribués aux réalisations microtechniques innovantes.

Micron d'or pour le positionneur de Symétrie.
Micron d'or pour le positionneur de Symétrie.
(Source : Jean Guilhem)

Vitrine technologique et rendez-vous d'affaires unique en Europe, Micronora 2022, le salon international des microtechniques, de la précision, de la miniaturisation des fonctions complexes et de leur intégration, s'est tenu à Besançon du 27 au 30 septembre dernier.

Après l'entracte des années de pandémie, les visiteurs ont redécouvert la facilité de contact avec fournisseurs et partenaires dans des domaines technologiques aussi variés que les transports, l'énergie, le médical, l'électronique, le luxe, etc. « La rencontre physique entre industriels et donneurs d'ordres reste une démarche indispensable afin de maîtriser des projets micro et nanotechnologies toujours plus complexes », souligne Sandra Liardon, directrice du salon.

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De plus, la relance économique, les impératifs écologiques et la concurrence obligent les décideurs à cogiter sur leurs stratégies futures afin d'anticiper puis de s'orienter vers des solutions innovantes, en vue d'investissements dans de nouvelles infrastructures ou nouveaux matériaux afin de répondre aux dernières exigences du marché. Miniaturisation extrême, réduction des masses, des coûts, meilleures performances mécaniques, respect de l'environnement : le développement de nouveaux matériaux répond aux objectifs de multiples applications de pointe, tant grâce à leurs propriétés qu'à l'inventivité des concepteurs.

Dans la partie Zoom de Micronora 2022, les visiteurs ont découvert des céramiques, des alliages amorphes, des composites à matrice céramique (CMM), des intermétalliques, des alliages bimétalliques, des alliages à haute entropie (HEA) ainsi que des produits développés exclusivement pour la fabrication additive métallique.

Tenue aux très fortes températures

Développés depuis plusieurs décennies, les alliages métalliques amorphes (AMA ou verres métalliques) se distinguent par leur structure atomique désordonnée non cristalline, contrairement aux métaux. Dénommés Vulkalloys, ils affichent des propriétés uniques : résistance mécanique, limite d'élasticité, comportement tribologique, dureté, autant d'atouts qui intéressent les applications à forte valeur ajoutée comme l'horlogerie, le médical ou l'aérospatial. Trois fois plus résistants que les alliages de titane, ils améliorent la miniaturisation des implants chirurgicaux. Par ailleurs amagnétiques, inrayables, résistant aux frottements, 40 % plus légers que les alliages d'aluminium, plus résistants à la corrosion que les inox et trois fois plus performants que les aciers actuels servant à la transmission de puissance, ils intéressent également tous les secteurs de la micromécanique et de l'horlogerie. « Les Vulkalloys se moulent comme le plastique, ce qui limite les pertes de matières et l'impact environnemental », précise Sébastien Gravier, co-fondateur avec Alexis Lenain de Vulkam. Cette année, la start-up française qui industrialise ces nouveaux matériaux a été récompensée par un Micron d'or.

Assemblages de deux alliages, les bimétalliques apportent des économies de fabrication. Ils permettent d'utiliser un alliage noble souvent coûteux là où il est absolument nécessaire pour une fonction comme l'anticorrosion ou pour un renfort mécanique local. Le substrat et le reste de la pièce sont alors assurés par un alliage traditionnel souvent meilleur marché. Différentes technologies sont requises : insertion à la coulée en fonderie, fabrication additive par laser (cladding), soudage par friction malaxage (FSW) ou infiltration d'une structure lattice par un alliage à plus bas point de fusion. Le fabricant suisse Kugler Bimetal fournit par exemple des pièces mécaniques en acier dont une ou plusieurs faces sont recouvertes de Tokat, un alliage anti-friction sans plomb. La firme helvétique combine fabrication additive avec usinage et moulage, solution assurant résistance à l'usure, durabilité et facilité de maintenance, des propriétés recherchées dans les secteurs éoliens ou off-shore notamment, pour les pompes hydrauliques et les boîtes de vitesses.

Afin d'encaisser les fortes températures ou pour les milieux ultra agressifs, les alliages à haute entropie ou HEA ont été découverts en 2004. Ils sont principalement utilisés pour le nucléaire et l'aéronautique. « Ces HEA servent aux pièces soumises aux fortes températures au-delà de 600 °C, contrainte à laquelle les alliages traditionnels perdent leurs propriétés mécaniques », expliquent les spécialistes de Mécastyle, bureau d'étude maîtrisant ces nouveaux matériaux. La tenue à l'oxydation aux très fortes températures sera nettement meilleure avec l'utilisation d'aluminium, de chrome ou de silicium.

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Additif métallique et céramique

De façon à répondre aux nouveaux besoins de la fabrication additive, des solutions renforcent l'offre du marché. Ainsi, la poudre de superalliage à base nickel Amperprint 0233 Haynes 282 dispose d'une résistance au fluage élevée ainsi que d'une bonne faculté au soudage associée à une bonne stabilité thermique. Conçu pour les applications structurelles, ce nouveau matériau est bien adapté aux composants des turbines à gaz et aux chambres de combustion des lanceurs.

Pour concevoir des pièces à résistance augmentées (aéronautique, défense, horlogerie, médical, luxe…), les cermets sont des matériaux composites qui associent un renfort céramique au sein d'une matrice métallique. Issus de la métallurgie des poudres, ils ouvrent des possibilités de composants particulièrement résistants. Le frittage Flash ou frittage SPS (Spark Plasma Sintering) mis au point par la société française Sintermat permet d'agglomérer ces poudres sous l'effet d'une forte impulsion électrique et d'une charge axiale pouvant atteindre 3200 kN. Ce procédé donne naissance à des composants de grande résistance et haute densité tels que dents, cannelures et autres profils très sollicités. La densification des poudres est de 10 à 100 fois plus élevée qu'avec les techniques de frittage traditionnelles.

En plein essor, le développement de l'impression 3D se caractérise maintenant par l'utilisation de matériaux récents donnant naissance à des pièces complexes difficiles voire impossibles à élaborer par usinage, coulage ou injection. Inspiré des procédés d'injection des poudres céramiques, le process Zetamix mis au point par la startup française Nanoe comprend trois étapes, l'impression, le déliantage et le frittage. Dense à 95 % pour le métal et 99 % pour la céramique, le produit aligne les mêmes propriétés que ceux des méthodes conventionnelles. « Pour ce faire, nous fournissons des filaments constitués de liants polymères avec une proportion de 50 à 60 % de poudres céramiques ou métalliques. Nous proposons actuellement cinq filaments, la Zircone blanche, la Zircone noire, l'Alumine, l'acier H13 et l'acier inoxydable. Les composants obtenus intéressent l'outillage, le prototypage, l'aérospatial mais aussi l'horlogerie et la bijouterie », précise Oscar Koenig qui développe ce secteur avec Guillaume De Calan, CEO de Nanoe.

De son côté, l'allemand Heraueus Amloy a mis au point un procédé qui permet à certaines machines d'impression 3D de réaliser des éléments mécaniques à partir d'alliages amorphes ou verre métallique dont la structure est non cristalline.

Usinage par ultrasons

Côté mécanique, le système de positionnement de faible encombrement de la société nîmoise Symétrie, qui permet de positionner des charges jusqu'à 5 kg avec une précision de 0,5 µm en translation et 5 µrad en rotation suivant six degrés de liberté, a décroché un Micron d'or.

Micron d'or également pour Précise et son mini centre d'usinage compact 3-5 axes Précibot de moins de 100 kg. « Destinée à l'horlogerie et à la micromécanique, sa conception en aluminium et carbone explique sa faible masse. Il est cependant capable d'usiner dans un volume de 100 mm au cube avec une précision de 3 µm. Dotée de trois moteurs linéaires à forte dynamique, cette machine miniature affiche des accélérations de 1 g pour des avances jusqu'à 40 m/mn », explique Alain Auffret, directeur technique du groupe Pracartis, dont Précise est la filiale.

Toujours côté machine, présentée dans la partie Zoom de Micronora par Realmeca en partenariat avec Microcertec et l'Onera, les visiteurs ont pu découvrir une unité très originale d'usinage par ultrasons. Cette technologie est destinée à l'usinage des matériaux ultra durs comme les céramiques, les verres, les carbures de tungstène, le silicium et autres pierres précieuses par abrasion. Unique en son genre, l'outil monté sur une sonotrode autorise l'usinage d'angles vifs ou de poches rectangulaires sans congé de raccordement. Les états de surface sont maîtrisés via la granulométrie de l'abrasif utilisé. MSM

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