Étapes du procédé LPIM

La préparation d’un mélange consiste à brasser des quantités précises de poudres métalliques et de liant. La poudre métallique se caractérise par sa forme et sa taille. La forme sphérique et la forme irrégulière, produites par le procédé d’atomisation, sont les plus répandues,Les particules de forme sphérique améliorent la densité apparente et diminuent la viscosité des mélanges, mais produisent des pièces plus fragiles après le déliantage. Inversement, la forme irrégulière augmente la résistance après le déliantage, mais est plus difficile à injecter (Goncalves, 2001).

En général, la taille des particules de poudres métalliques varie entre 5 et 20 µm et est généralement caractérisée par une distribution de taille de particules plutôt qu’une valeur unique. À partir d’une courbe de distribution de la taille des particules, il est possible de déduire trois points qui sont D10, D50 et D90. Deux lots de poudre qui ont une valeur D50 identique, mais des valeurs D10 et D90 différentes ne se comporteront pas de la même façon (Heaney, 2012b).

Le liant a deux fonctions dans le procédé d’injection LPIM, selon son état. Lorsqu’il est en phase liquide, il sert de médium de transport en facilitant le déplacement de la poudre dans la cavité d’injection. Lorsqu’il est en phase solide, il sert à lier les particules de poudre les unes aux autres afin de maintenir la forme donnée par le moule jusqu’à l’étape de déliantage (Vervoort, Vetter et Duszczyk, 1996). La caractéristique clé du liant est sa viscosité. Plus la viscosité est basse, moins de force doit être appliquée pour cisailler le liant, ce qui facilite l’injection. Les liants utilisés comme matériau primaire pour le LPIM sont de la famille des thermoplastiques comme la cire de paraffine, la cire d’abeille et la cire de Carnauba. Les cires ont une viscosité très faible (< 0,1 Pa∙s) et ont un bon effet mouillant et lubrifiant. De plus, elles ont un comportement rhéofluidifiant lorsqu’elles sont soumises à une déformation, c’est-à-dire que la viscosité diminue en fonction de l’augmentation du taux de cisaillement, . Ce comportement est due à une orientation des chaînes moléculaires dans la direction d’écoulement. Les polymères comme l’éthylène vinyle acétate, le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène peuvent être ajoutés pour leur effet épaississant, qui donnent de la résistance à la pièce après le moulage, mais qui augmentent la viscosité (Kryachek, 2004). Les comportements rhéoépaissisant et Newtonien sont à éviter puisque la viscosité augmente lors de l’injection.

La mouillabilité des particules de poudre est un facteur important et l’ajout de surfactants comme l’acide stéarique (SA) permet de réduire la tension de surface et de faciliter l’incorporation du liant entre les particules de poudres. Par contre, cette propriété rend le mélange propice à la ségrégation qui peut être généralement contrôlé par l’ajout d’agents épaississants (Ahn et al., 2009). La viscosité est aussi affectée par la distribution de taille de la poudre. Une distribution de taille plus étendue diminue la viscosité, puisque les particules plus fines comblent l’espace entre les particules plus grossière. De plus, les particules plus grossières diminuent la surface à recouvrir, ce qui rend disponible plus de liant aux autres particules.

La viscosité et l’homogénéité du mélange de poudre et de liant sont définies par la fraction volumique, la température et le temps et la vitesse de brassage. La fraction volumique représente la proportion de poudres métalliques et la proportion de liant, mesurées en pourcentage volumique des constituants. Selon German et Bose (1997), la proportion volumique de poudre se situe généralement entre 50 % et 70 % du volume total du mélange. Une proportion inférieure à 50 % nuit au déliantage dû à la faible densité de la pièce (peu de contact entre les particules de poudres), tandis qu’une proportion trop élevée rend difficile (voire impossible) l’injection due à la viscosité trop élevée. Aussi, Kryachek (2004) recommande d’utiliser un minimum de liant afin de diminuer le temps de déliantage et de minimiser le rétrécissement. Bien qu’une grande quantité de liant facilite l’injection, les forces appliquées au mélange pour le déplacer peuvent générer de la ségrégation dynamique (Medvedovski et Peltsman, 2012). Ce type de ségrégation est associé à des vitesses d’injection rapide. La ségrégation statique est la plus évidente pour les mélanges très peu visqueux. Elle correspond en fait à une séparation des phases solides et liquides au repos. Cette séparation est due à la gravité. Les particules métalliques étant plus lourdes, elles s’accumulent vers le bas.

Selon González-Gutiérrez, Stringari et Emri (2012), la ségrégation mène à des défauts comme de la porosité, du gauchissement et des fissures. Ces défauts sont dus à un rétrécissement non isotrope de la pièce.