Exemple d’utilisation de l’analyseur d’images de particules MorphoLogi 4 et du rhéomètre à poudre FT4 : Interview avec le Professeur Yanagitani de l’Université Préfectorale de Hyogo

Nous avons interviewé le Professeur Yanagitani du Centre de Recherche en Matériaux Métalliques de l’Organisation de Promotion de la Recherche et de Coopération Académique et Industrielle de l’Université Préfectorale de Hyogo. Le Centre de Recherche en Matériaux Métalliques utilise l’analyseur d’images de particules MorphoLogi 4 et l’analyseur de fluidité des poudres FT4. Dans cet article, nous avons discuté de ses recherches actuelles, de la manière dont il utilise ces appareils, et des activités du consortium Hyogo Metal Belt.

Nous avons discuté des recherches principales actuelles du Professeur Yanagitani.

Dans la technologie de l’impression 3D, la méthode du lit de poudre laser est largement utilisée. Mes recherches portent sur les matériaux métalliques en poudre utilisés dans ce cadre. Pratiquement tous les matériaux utilisés pour le lit de poudre laser proviennent de la méthode de la pulvérisation par gaz, en raison de leur forme sphérique et de leur bonne fluidité. Ils sont aussi largement utilisés dans d’autres domaines, ce qui les rend idéaux pour les fabricants d’imprimantes 3D comme matériau standard.

Cependant, les matériaux produits par la méthode de pulvérisation par eau sont plus économiques à produire que ceux par pulvérisation par gaz. Historiquement utilisés dans le domaine du frittage, leurs coûts de production sont compétitifs. Pour la démocratisation à venir des imprimantes 3D, il est essentiel d’avoir des matériaux abordables.

Par hasard, j’ai découvert que les poudres d’Epson Atmix présentaient des sphères aussi parfaites que celles obtenues par pulvérisation par gaz, rendant leur usage potentiel en impression 3D. Comparées aux poudres de pulvérisation par gaz, les poudres d’Epson Atmix se sont révélées similaires, et adaptées à l’application en lit de poudre laser.

En enquêtant davantage, il s’est avéré que les matériaux pulvérisés par eau sont principalement produits pour la technique MIM (Moulage par Injection de Métal), ce qui explique qu’ils tendent à être sphériques pour un caractère de surface optimal, rendant ainsi possible leur utilisation en lit de poudre laser.

On nous a montré un exemple de construction par poudre pulvérisée par eau : un engrenage planétaire où six engrenages tournent autour l’un de l’autre. Les engrenages ne sont pas assemblés a posteriori mais imprimés en 3D avec leur rotation immergée dans la couche d’impression, une caractéristique de l’impression 3D.

Comment utilisez-vous les appareils de Malvern Panalytical dans vos recherches ?

L’analyseur d’images de particules MorphoLogi 4 a été utilisé auparavant pour connaître la forme des particules par images. Pour la pulvérisation par eau, il était nécessaire d’analyser la forme des particules, dressant la transition vers le MorphoLogi 4.

En plus de cela, grâce aux activités du consortium Hyogo Metal Belt, la caractérisation de divers matériaux en poudre s’est avérée nécessaire, comme ceux produits par fusion plasma. Cette méthode permet la fabrication de composites métal-céramique, et améliore la sphéricité. Dans ce cas, des paramètres fins comme la circularité doivent être mesurés, justifiant l’usage du MorphoLogi.

Concernant l’utilisation du rhéomètre à poudre FT4, c’était dans le but d’évaluer la fluidité des poudres pulvérisées par eau, qui sont généralement de plus petite taille que celles pulvérisées par gaz et ne peuvent être mesurées selon les tests JIS standards. Grâce au FT4, la force de cisaillement et la viscosité sont quantifiées, affichant la force de cet appareil. Il est utilisé pour déterminer de manière précise le niveau de fluidité. Des collaborateurs du consortium souhaitent aussi utiliser cet équipement.

Quels sont vos avis sur notre équipement ?

Les appareils d’analyse d’images comme le MorphoLogi 4 prenaient autrefois beaucoup de temps, surtout comparés aux méthodes de diffraction laser. Avec les progrès informatiques, le temps de mesure a été réduit de manière significative. Plus l’orthométrail est accessible en compréhension et opérabilité. Les données riches obtenues permettent une analyse d’images détaillée, idéal pour les besoins du consortium. De nouvelles entreprises sont également intéressées par une adoption rapide. Enfin, les faibles quantités de poudre nécessaires pour la mesure représentent un avantage économique notable.

Pour les matériaux de lit de poudre laser, l’information sur la fluidité et la forme sont clés. L’évaluation quantitative de la fluidité par FT4 offre des analyses étendues. Ces appareils permettent une référence comparative entre poudres, offrant une mesure relative des données. Liant les mesures de morphologie particulaire du MorphoLogi 4 à celles du FT4, je vois en ces dispositifs un lien passionnant. Une partie de cette recherche sera présentée au World PM2024 (Yokohama) et au formnext2024 (Francfort), onde le consortium aura un stand commun pour partager les résultats.

Partagez vos projets de recherche futurs et les activités du consortium Hyogo Metal Belt.

Nous souhaitons poursuivre la recherche sur les procédés d’atomisation par eau pour les applications en lit de poudre laser. Le consortium permet de démarrer des recherches sur la poudre avant même de réaliser des conceptions complètes. Nous explorons actuellement de nombreux matériaux, qu’il s’agisse d’atomisation par gaz, eau, ou fusion plasma.

Par exemple, la méthode de fusion plasma nous permet de créer des matériaux composites. Nous recevons des demandes d’entreprises traitant ces poudres pour explorer de nouvelles utilisations en 3D printing. Il sera essentiel d’explorer les propriétés physico-chimiques de ces nouveaux matériaux, comme la circularité et la fluidité.

Chercher de nouvelles compositions d’alliage et comprendre leurs propriétés dans notre laboratoire va ouvrir la voie à de nouvelles possibilités.

À propos du consortium Hyogo Metal Belt

La côte de la mer intérieure de Seto concentre une expertise nationale de premier plan en fabrication et transformation de matériaux métalliques, formant ce que l’on appelle « Hyogo Metal Belt ». Avec cela comme valeur industrielle, le Centre de Recherche pour les Nouveaux Matériaux Métalliques a été créé. L’objectif est de promouvoir les poudres métalliques dotées de caractéristiques de dureté, résistance à la chaleur et traitement de précision pour l’industrie nouvelle génération. Le consortium soutient les PME intéressées par l’adoption des imprimantes pour métaux en 3D, et mise sur la technologie et la collaboration entreprises-universités.
Ce consortium propose des consultations technologiques, gestionnaires, recherches collaboratives, séminaires, présentations pour rencontrer l’offre et la demande, appréciées des membres. L’adhésion est ouverte à ceux n’ayant pas d’activité à Hyogo. Contactez-nous pour plus d’informations.

Site web du Hyogo Metal Belt Consortium

Contact : kinzoku@eng.u-hyogo.ac.jp

Professeur interviewé

Consortium Hyogo Metal
Université Préfectorale de Hyogo, Centre de Recherche pour les Nouveaux Matériaux Métalliques
Professeur titulaire, Vice-directeur du centre
Professeur Akihiko Yanagitani

Profil
Depuis 1981, employé par Sanyo Special Steel Co., impliqué dans la création de l’activité de poudres métalliques, devenu professeur titulaire à l’Université Préfectorale de Hyogo en 2018, et professeur invité à l’Université d’Osaka en 2019. A mené des recherches, développements produits, et applications pratiques des poudres métalliques. De 2016 à 2021, membre du conseil d’administration de TRAFAM, fondateur du Hyogo Metal Belt Consortium en 2019, désormais vice-directeur du Centre pour les Nouveaux Matériaux Métalliques de l’Université Préfectorale de Hyogo ainsi que vice-président du consortium, active dans la recherche et diffusion de l’impression 3D métallique. Directeur du comité 3D Metal Additive Manufacturing du Japan Powder Metallurgy Association (JPMA) depuis 2020. Lauréat du Prix de la Technologie de la Société Japonaise des Métaux en 2010 et du Prix de Réalisation Technologique de la Société Japonaise de Métallurgie des Poudres en 2022.