Conférence Alvéotec du 21 mars 2014 Matthieu Blanchet mblanchet@alveotec.fr
Sommaire Plan 1. Mousses métalliques, propriétés et obtentions 2. Applications 3. Conception de pièces en mousse métalliques 4. Réalisations 5. Travaux d Alvéotec 2
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Classification par domaines d utilisation Acoustique & Vibratoire Nombreuses applications possibles Thermique (isolation, transfert) - Transport Sécurité Allégement Vibrations Echanges thermiques - Electronique Echanges thermiques / dissipation de chaleur Electrode dans pile à combustible - Chimie Support catalytique Echanges thermiques - Défense Automobile, Aéronautique Absorption d énergie (chocs) Sécurité passive Protection contre les explosions 3
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Taille (0,1 à 10 mm ) Forme Cellule taille et forme) Parois (épaisseurs) Classement matériaux cellulaires 0,15 à 0,4 Ouverte Fermée Composite? 0,01 à 1 4
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Classification par domaines d utilisation gaz 2 principes distincts pour obtenir la cellule Les 3 états de la matière sont utilisés préforme Liquide Solide Gazeux Moulage et solidification Modèle perdu (mousse polymère, cire, prototypage rapide) Infiltration Moussage et solidification Bullage d un gaz Décomposition de particules (TiH 2 ) générant un gaz Assemblages Sphères creuses Métal déployé (embouti + faces collées ou brasées) Tissus métalliques Métallurgie des poudres Mélange de poudres (TiH 2 +alliage) et moussage Composite sphères creuses Condensation de vapeurs métalliques sur mousse en polymère puis destruction du polymère par la chaleur (PVD, CVD)
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Mousse parfaite? (mousse mono dispersée) - Cellules de volume identique - Périodique - Respect des lois de J.Plateau (angles) - Energie de surface minimale Solution proche : structure de Kelvin (1887) 6
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Les noyaux 7
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Principes (1) Agglomération (2) Préforme Noyaux (Noyau de fonderie) Métal Positionnement de la préforme Coulée du métal Moule (3) (4) Solidification Pièce finale, après extraction de la préforme (5) (6) Journée CAT du 5 décembre 2012 8
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Le process 9
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Fabrication par fonderie - Préforme = Sable aggloméré (cold box) - Toutes formes de préforme possible (grâce à l outillage ou en usinant) Mousse - Taux de porosité : 80 % - 90 % - Taille de cellule : > 10 mm - Alliages testés : Acier, Fonte, Cu, Al 10 mm Avantages - Techniques de fonderie «classiques» - Produit régulier (facilité de modélisation ) - Continuité métallurgique entre la mousse et la peau 10
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses PI et savoir Faire Propriétés Industrielles: - 3 brevets détenus par CTIF Savoir Faire : Règles de conception - Les techniques d infiltration du réseau de mousse - La conception des pièces à structure de mousse 11
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Calcul du remplissage Problématique de systèmes couplés: Problème hydraulique: Perte de charge, Vitesse de fluide Pression Tension superficielle du métal liquide Problème thermique: Surface de contact Vitesse du fluide Température 12
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Rôle d Alvéotec Alvéotec : Développe des pièces incorporant des mousses métalliques Fabrique des prototypes avec des fondeurs partenaires Réalise des études d industrialisation Accompagne les fonderies dans leurs transferts de compétences et lancement de série de mousses métalliques 13
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Avantage du matériau Produit entièrement manufacturé et manufacturable Création de monolithe Réalisation d un maximum de fonctions pendant l opération de fonderie Propriétés physiques homogènes et continues Pas de ponts thermiques Pas de soudures ou brasures Alvéoles Acier Ø14 mm Radiateur pour panneau solaire à concentration (Alu Ø14 mm) 14
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Avantage du matériau Produit entièrement manufacturé et manufacturable Procédé de fabrication industriel Chaque pièce produite est identique Production série Prototype échangeur Alu Ø14 mm Alvéoles Alu Ø10 mm 15
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Avantage du matériau Produit entièrement manufacturé et manufacturable Prédiction des propriétés Optimisation des propriétés selon besoins et applications Choix du métal ou alliage (Al, Alliages d alu, Cu, Alliages Cu, Alliages Fe) Choix de la taille de pore et de la porosité Modification de la typologie de la cellule Modifications de cellules 16
1. Présentations des mousses métalliques Présentations des mousses Avantage du matériau Produit entièrement manufacturé et manufacturable Optimisation : Choix de la typologie de brin Modifications de cellules Autres types de cellules 17
1. Présentations des mousses métalliques Applications Opération sur les mousses 18
1. Présentations des mousses métalliques Applications Echelle de pores 19
2. Applications Applications Amortissement - crash Prototype Crashbox Alu Ø14 mm 20
2. Applications Applications Amortissement crash - mécanique 21
2. Applications Applications Amortissement crash - mécanique Influence de l angle d inclinaison des brins 22
Valeur plateau (Mpa) 2. Applications Applications Ebullition / condensation 18 16 14 Mousses d'aluminium y = 74,403x 1,5445 Structure ouverte Puissance (Structure ouverte) 12 10 8 6 4 2 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Densité relative 23
2. Applications Applications Ebullition / condensation Dégradation volontaire de l état de surface - Augmentation de la densité de surface - Création de sites de nucléation 24
2. Applications Applications Gestion des flux Pré-séparateur, canalisation de fluide, système anti émultion 25
2. Applications Applications Thermique : Cooling Refroidissement de composant électronique - Convection naturelle 26
2. Applications Applications Thermique : Cooling Implantation du radiateur dans un environnement complexe 27
2. Applications Applications Thermique : Echange thermique Equivalent : faisceau tube / ailettes 28
2. Applications Applications Thermique : Echange thermique 29
2. Applications Applications Design 30
2. Applications Applications Design 31
4. Réalisations Réalisations Formes initiales Carter Echangeur 32
4. Réalisations Réalisations Performance thermique / convection naturelle 33
4. Réalisations Réalisations Potentiel de réalisation d une Gamme 34
Réalisations 4. Réalisations Distribution de standard Partenaire Distributeur Pores Ø10mm, H = 40 mm, 100 x 160mm Bloc Aluminium Pur Ø10 mm 35
4. Réalisations Réalisations Alvéoles Acier Ø14 mm Crashbox aluminium Ø14 mm Prototype échangeur Cuivre Ø14 mm Radiateur Aluminium pur Ø14 mm Mousse aluminium Ø70 mm Bloc Aluminium Pur Ø10 mm 36
Conclusions Conclusions Des questions? Merci de votre attention 37