Microcoulée de formes libres

La tendance mondiale Ă  la miniaturisation a conduit au dĂ©veloppement d’innombrables appareils miniaturisĂ©s qui sont maintenant courants dans notre vie quotidienne. Le concept de microfabrication a encouragĂ© les scientifiques et les ingĂ©nieurs Ă  dĂ©velopper de nouvelles techniques de fabrication, car une simple transposition des systĂšmes et des technologies conventionnels Ă  petite Ă©chelle n’est souvent pas possible. Cependant, il n’existe Ă  ce jour aucune mĂ©thode permettant de rĂ©soudre les problĂšmes liĂ©s Ă  la fabrication de composants tridimensionnels (3D) de forme trĂšs complexe avec une rĂ©solution submicronique. En effet, les procĂ©dĂ©s d’impression Ă  base de poudre sont gĂ©nĂ©ralement limitĂ©s Ă  la taille de la poudre et les procĂ©dĂ©s lithographiques sont intrinsĂšquement bidimensionnels (2D).

Le prĂ©sent projet, rĂ©alisĂ© en collaboration avec Prof. Yves Bellouard (GALATEA), combine un traitement laser femtoseconde 3D et l’infiltration sous pression d’un mĂ©tal liquide pour fournir une nouvelle mĂ©thode de fabrication d’objets et de dispositifs mĂ©talliques 3D avec une rĂ©solution infĂ©rieure au micron. Les piĂšces ainsi rĂ©alisĂ©es peuvent avoir des caractĂ©ristiques gĂ©omĂ©triques complexes et peuvent soit ĂȘtre intĂ©grĂ©es dans un substrat cĂ©ramique transparent, soit ĂȘtre libĂ©rĂ©es du substrat pour obtenir de petites piĂšces mĂ©talliques indĂ©pendantes. Dans un premier temps, le procĂ©dĂ© consiste en une irradiation sĂ©lective d’un matĂ©riau transparent par un laser femtoseconde, suivie d’une gravure chimique de la rĂ©gion irradiĂ©e. Un matĂ©riau liquide, gĂ©nĂ©ralement du mĂ©tal, est ensuite infiltrĂ© Ă  haute pression dans les cavitĂ©s du moule en cĂ©ramique transparent ainsi obtenu. Il en rĂ©sulte un composite de deux matĂ©riaux dans des motifs dĂ©finis librement. Si dĂ©sirĂ©, le composant infiltrĂ© peut encore ĂȘtre libĂ©rĂ© du substrat par un traitement ultĂ©rieur qui consiste gĂ©nĂ©ralement Ă  dissoudre le substrat dans un solvant n’attaquant pas le matĂ©riau coulĂ©. Ce procĂ©dĂ© a Ă©tĂ© baptisĂ© “Femtocast” et reprĂ©sente non seulement une amĂ©lioration substantielle par rapport aux procĂ©dĂ©s existants, mais aussi un nouveau moyen de fabrication de microdispositifs. L’un des objectifs de ce projet est alors d’exploiter tout le potentiel d’innovation du procĂ©dĂ© et de caractĂ©riser et optimiser Ă  la fois le procĂ©dĂ© et les piĂšces ainsi obtenues. Pour comprendre et amĂ©liorer les propriĂ©tĂ©s des structures mĂ©talliques microcoulĂ©es, des essais mĂ©caniques conventionnels seront effectuĂ©s sur des structures produites par ce procĂ©dĂ©. À cette fin, des structures mĂ©talliques autoportantes qui se prĂȘtent Ă  des essais mĂ©caniques sont rĂ©alisĂ©es, notamment en argent, en retirant le substrat. Celles-ci sont ensuite testĂ©es en traction uniaxiale.

Brevets

Small-scale metal castings, small-scale metal/transparent composite structures and process to produce same

A. Mortensen; Y. Bellouard; R. Charvet; C. DĂ©nĂ©rĂ©az 

US10821505; EP3374106; US2018304352; EP3374106; WO2017081635.

2017.

Articles de journaux

3D metal freeform micromanufacturing

L. Borasi; E. Casamenti; R. Charvet; C. DĂ©nĂ©rĂ©az; S. Pollonghini et al. 

Journal of Manufacturing Processes. 2021-06-23. Vol. 68, p. 867-876. DOI : 10.1016/j.jmapro.2021.06.002.