Les opportunités des mousses métalliques Castfoam pour les solutions multi-matériaux

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Edith Grenon
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solutions multi-matériaux Centre Technique des Industries de la

1 Innov Days Dijon 28 nov Les opportunités des mousses métalliques Castfoam pour les solutions multi-matériaux Centre Technique des Industries de la Fonderie Patrick Hairy, resp. activité R&D produit process fonderie CTIF (

2 Présentation Le CTIF (Centre Techniques des Industries de la Fonderie) La technologie de réalisation des mousses métalliques Les applications (thermique, absorption énergie, ) Le potentiel en solutions multi-matériaux (métal/métal, métal/polymère) Le CTIF et les mousses métalliques Castfoam lundi 2 décembre 2013

3 Le CTIF ( Compétences : métallurgie, alliages et process de fonderie, innovation 125 personnes (Sèvres, Lyon, Charleville) : des experts matériaux et procédés et des moyens (laboratoire d analyse, fonderie expérimentale,, calcul et simulation) Prestations de service : analyses matériaux métalliques, conception de pièces, projets de R&D, audit de fonderies, formation inter et intra-entreprises, Innovation : Alliages à mémoire de forme, mousses métalliques, composites CMM, renforcement superficielle (fonte), allègement de pièces (Al), cellule robotisée de parachèvement de pièces (Ctif / Cetim/ Actemium), lundi 2 décembre 2013

4 La technologie de réalisation des mousses métalliques Principe, caractéristiques géométriques, forme de pièces réalisables, projet R&D en cours lundi 2 décembre 2013

5 Production par voie fonderie Mousses régulières Moulage en sable à prise chimique Noyau en sable réalisé par strates empilées Chaque strate est réalisée par un moyen de fonderie traditionnel (boite à noyau) Pas d investissement machine spécifique Du know-how et des outillages Infiltration par le métal liquide et destruction du noyau

6 Caractéristiques géométriques Pores ouverts et communicants Diamètre de pore : mini 10 mm, maxi 100 mm Porosité 85 % (modulable entre 65 % et 90 %) Régularité de distribution des pores : quasiparfaite et répétable d une pièce à l autre Alliage : Aluminium, cuivre, acier, fonte, Structure mixte pouvant comporter sur une même pièce des zones en mousse et des zones pleines traditionnelles Proto fonte lundi 2 décembre 2013

7 Réalisation de pièces de grande taille Table Bulle Mousse aluminium CTIF CastFoam Pores diamètre 70 mm Dimension 650 x 420 x 420 mm Taux de porosité 85 % lundi 2 décembre 2013

8 Simulation numérique Document Alveotec La structure régulière et périodique facilite la modélisation et la simulation thermique ou mécanique des mousses (éléments finis)

9 Les applications possibles (caractéristiques fonctionnelles) lundi 2 décembre 2013

10 Caractéristiques et applications potentielles Caractéristiques fonctionnelles Surface spécifique importante (600 à 2000 m 2 /m 3 ) Capacité d absorption d énergie à l écrasement (10 kj/kg aluminium) Forte porosité et pores ouverts (65 % à 90 %) Esthétisme et possibilité de réaliser des pores de grande taille (70 mm ou plus) Applications potentielles Echangeur thermique (circulation fluide), réacteur chimique, récupération de la chaleur Crash box transport (automobile, ferroviaire), blindage (militaire), amortisseur de vibrations Isolation thermique, matériau composite par l injection d un second corps (polymère, métal, ) Mobilier intérieur (table, lampe, ), Design urbain lundi 2 décembre 2013

11 Echange thermique Mousse régulière Démonstrateur Cuivre Capacité d échange multipliée par 2 à 3 (ou plus) par rapport à des solutions conventionnelles (ailettes, tubes, ) Résultats très intéressants en convection libre lundi 2 décembre 2013

Absorption d énergie Contrairement aux matériaux traditionnels (aluminium, acier), la mousse présente un comportement spécifique lors d une sollicitation en compression : absorption d énergie à

12 Absorption d énergie Contrairement aux matériaux traditionnels (aluminium, acier), la mousse présente un comportement spécifique lors d une sollicitation en compression : absorption d énergie à faible contrainte et grande déformation. Pour les applications en absorption d énergie, importance de plusieurs paramètres : Un plateau le plus constant possible Un pic initial le plus faible possible Quantité d énergie absorbée (en J) égale à l aire sous la courbe contraintedéformation Partie 1 Partie 2 Partie 3 Partie 1 Déformation élastique linéaire (un pic) Partie 2 Le Plateau Partie 3 La Densification

13 Ecrasement mousse d acier Test de compression

14 Test de compression Energie absorbée : 10 kj/kg (85 % de porosité) Mousses régulières (acier) réponse anisotrope selon les directions d écrasement Banc UTAC

15 Chaise de jardin allégée Projet Design-Fonderie CTIF-Strate College Design Urbain Borne de défense de trottoir Bac de compost Borne d information Mur anti-bruit végétalisé Poubelle anti-explosion Parasol urbain mi-ombre Chaise pliante bord de seine

16 Le potentiel en solutions multi-matériaux (métal/métal, métal/polymère) lundi 2 décembre 2013

17 Multi-matériaux métal/métal Production Réalisation d une mousse (matériau A) puis infiltration par un autre matériau métallique (matériau B) Tfusion matériau A > Tfusion matériau B Composite co-continue métal-métal - Acier/Aluminium - Laiton/Aluminium Multi-matériau CTIF acier/aluminium

18 Multi-matériaux métal/polymère Production Réalisation d une mousse métallique (matériau A) et infiltration par un polymère Applications : - Nucléaire - Défense - Mécanique (absorption énergie)

19 Multi-matériaux métal/polymère Caractéristiques mécaniques modulables entre l aluminium et le polymère Données UTT

20 Multi-matériaux métal/polymère Le polymère (polyéthylène et Epoxy) évite une fragmentation de l aluminium et accroit les caractéristiques mécaniques et l absorption d énergie. Importance de la qualité de l interface aluminium-polymère Données UTT Energie absorbée à 40 % de déformation de la mousse Compression Proportion volumique de polymère : 63 %

21 Le CTIF et les mousses métalliques Castfoam lundi 2 décembre 2013

22 Projet ANR Partenaires : Universitaires (ECP, ENSMP, INSA Lyon, IUSTI) et industriels (TNI Areva, MOTA, Mersen, Solaire 2G). Leader CTIF Objectifs : Amener un cadre structurant autour des mousses métalliques (optimisation géométrie des cellules, simulation numérique fonctionnelle et fonderie, outils métiers méthode fonderie,, réalisation de démonstrateurs). Aluminium et cuivre, durée 4 ans

CTIF) pour des donneurs d ordre - Transfert de la technologie

23 De la technologie au transfert - Développement de la technologie (3 brevets) - Réalisation de prototypes (fonderie expérimentale CTIF) pour des donneurs d ordre - Transfert de la technologie vers des fondeurs Proto cuivre Fondeurs licenciés lundi 2 décembre 2013

Aluminium pur Pore de diamètre 10 mm Porosité : 85 % Dimension : 172 x

24 Goodfellow Goodfellow : Revendeur sur internet de produits de laboratoire standards en petite quantité Produit standard en mousse Castfoam : Aluminium pur Pore de diamètre 10 mm Porosité : 85 % Dimension : 172 x 100 x 40 mm Production des échantillons standards Goodfellow par le fondeur licencié

25 Application en éclairage Loupi est une PME (75020) spécialisée dans la fournitures d éclairage à base de LED pour magasins, expositions et évènements, musées (Le Louvre, ) Produit : Dissipateur thermique pour LED afin d améliorer leur durée de vie - Premiers prototypes au CTIF - Démarrage production en février 2013

26 Conclusions Mousses Castfoam réalisées par une technologie de fonderie (mixte de zones pleines et de zones en mousse), sans investissement machine Fonctionnalité dans les domaines thermique, absorption de l énergie,, design Simulation et calcul au stade de conception de la pièce Potentiel pour la réalisation de multi-matériaux métal/métal ou métal/polymère

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