Les caractéristiques des poudres métalliques utilisées dans la fabrication additive (AM) déterminent les propriétés du composant final. La qualité de la poudre est fortement influencée par sa sphéricité, la présence de satellites (petites particules attachées à la surface de particules plus grandes) et la distribution de la taille des particules.
Les particules sphériques avec une surface lisse permettent d’obtenir des couches plus denses et plus homogènes par rapport aux poudres de forme irrégulière. La caractérisation morphologique de la poudre est donc essentielle tant pour le contrôle de la matière première que pour la réutilisation des poudres dans des cycles ultérieurs. Le contrôle morphologique des poudres métalliques permet donc d’améliorer l’efficacité du processus de fabrication additive et d’obtenir des composants finaux de meilleure qualité.
Chez Alfatestlab nous utilisons un analyseur d’images automatisé (Malvern Panalytical Morphologi 4) pour la caractérisation des poudres métalliques. Nous avons caractérisé une poudre pour procédé additif avant utilisation et après plusieurs cycles de fabrication additive afin d’évaluer comment le procédé AM modifie la morphologie et la taille des particules. La figure 1 montre la classification morphologique des particules.
Figure 1. Classification morphologique des particules d’un échantillon de poudre métallique non traité (rouge), après 18 cycles (vert) et après 24 cycles d’AM (bleu)
Trois paramètres morphologiques fournis par Morphologi 4 ont été utilisés pour la classification: Circularité, Allongement et Convexité. Lorsque les valeurs de ces paramètres changent, la morphologie des particules change : la circularité et l’élongation permettent de distinguer les particules sphériques des particules plus allongées (les valeurs varient de 0 à 1 pour les deux paramètres). Les particules en forme d’aiguille ont une élongation égale à 1 et une circularité égale à 0, les particules sphériques ont une élongation égale à 0 et une circularité égale à 1. Enfin, la convexité est associée au contour de la particule et est définie comme le rapport entre le périmètre d’un élastique imaginaire qui entoure la particule et le périmètre de la particule elle-même (les valeurs varient de 0 à 1). Les particules lisses auront une convexité proche de 1, tandis que les particules de forme irrégulière, comme les agglomérats, ou les particules à surface rugueuse ou avec une présence de satellites auront des valeurs de convexité plus faibles.
À droite du graphique se trouvent des images représentatives des particules contenues dans chaque classe. A partir de la classification, nous pouvons voir une augmentation évidente (% en nombre) de particules moins sphériques avec plus de satellites et/ou agglomérées au fur et à mesure que le nombre de cycles d’utilisation augmente par rapport à l’échantillon initial.
Comme prévu, le changement morphologique est accompagné d’une augmentation de la taille des particules pour les échantillons avec plus de satellites et d’agrégats, comme le montre la figure 2 par l’analyse de la taille des particules par diffraction laser (Malvern Panalytical Mastersizer 3000).
Figure 2. Distribution granulométrique en volume des particules de l’échantillon de poudre métallique non traité (rouge), après 18 cycles (vert) et après 24 cycles d’AM (bleu)
La figure 3 montre les images obtenues avec un microscope électronique à balayage (Thermo Fisher Scientific Phenom Desktop SEM) de quelques particules contenues dans les trois échantillons qui confirment les changements de forme trouvés dans l’analyse dans Morphologi.
Figure 3. Images SEM des particules de poudre métallique avant et après le processus AM.
