fr.wedoany.com Rapport : Andrew Neils, scientifique des matériaux à l’Université Northeastern (Northeastern University) et membre du Groupe de recherche sur le spray froid (Cold Spray Research Group), en collaboration avec la société bluShift Aerospace, a développé une nouvelle méthode permettant de transformer les déchets de travail des métaux en matière première pour la fabrication additive. Cette recherche utilise une technologie de broyage à l’état solide, par laquelle des copeaux d’usinage en acier inoxydable 316L sont transformés en poudre métallique via un procédé de broyage à billes, et ont été utilisés avec succès pour une preuve de concept de dépôt par spray froid, démontrant la faisabilité technique du recyclage des déchets métalliques en matière première pour la fabrication additive.

Neils a présenté ces résultats lors du salon RAPID+TCT de cette année. Il a expliqué que l’objectif du projet était de réaliser une production de poudre distribuée et à faible coût, tout en évitant les transformations de phase induites par la chaleur et en améliorant l’efficacité énergétique grâce au traitement à l’état solide. Comparée aux méthodes traditionnelles ascendantes basées sur la synthèse chimique, cette approche descendante de broyage à billes est plus rapide, moins chère et plus facile à mettre à l’échelle. Neils a souligné que l’équipe avait délibérément choisi une solution de broyage à billes de faible technicité et éprouvée, le broyeur planétaire à billes étant adopté en raison de son faible coût (environ 5 000 dollars pour un équipement de laboratoire standard) et de sa facilité de mise à l’échelle.

Broyer des déchets métalliques en une poudre adaptée à la fabrication additive constitue un défi majeur. L’équipe de recherche a combiné de grosses billes de broyage (pour un impact à haute énergie permettant la fragmentation et la réduction de taille) et de petites billes (pour un impact à faible énergie permettant l’arrondissement et le lissage des particules). Neils a noté que la force de collision dépend largement du diamètre des billes : passer de 6 mm à 20 mm augmente la force de collision d’environ 37 fois. L’équipe a utilisé des modèles analytiques pour aider à prédire l’énergie d’impact lors de la mise à l’échelle vers de grands équipements, ce qui est crucial pour la transition du broyeur planétaire à billes vers des équipements plus grands comme le broyeur à billes agité.

Dans les expériences spécifiques, l’équipe a adopté un processus de broyage à billes en plusieurs étapes : d’abord de grosses billes pour la fragmentation initiale, des billes moyennes pour la propagation des fissures, et de petites billes pour l’affinement des particules. Comparée au broyage à billes classique en une seule étape, cette méthode en deux ou trois étapes a permis d’obtenir une distribution granulométrique plus étroite, un meilleur contrôle de la forme et une circularité des particules plus élevée. Les chercheurs ont utilisé de la poudre atomisée par gaz comme témoin et ont constaté que le temps de broyage était un facteur clé influençant la qualité de la poudre : un temps de broyage plus long produit des particules plus petites et plus uniformes. Bien que le produit de sortie soit déjà proche des poudres commerciales en termes de caractéristiques, Neils a reconnu que le procédé n’est pas encore optimisé. De plus, la contamination par le bol de broyage en carbure de tungstène a entraîné la présence de particules dispersées de carbure de tungstène dans la poudre d’acier inoxydable, ce qui pourrait toutefois constituer une méthode potentielle pour fabriquer des composites à matrice métallique.

Dans la preuve de concept par spray froid, la poudre atomisée par gaz a produit la meilleure qualité de revêtement, mais la poudre broyée en trois étapes a également permis de former un revêtement acceptable avec une bonne interverrouillage des particules. En raison de la présence de carbure de tungstène, la dureté du revêtement composite a augmenté. Cette recherche en est encore au stade de laboratoire ou de développement, et les études futures exploreront la faisabilité de cette méthode pour davantage de matériaux et à plus grande échelle.