Fabrication additive : les poudres au cœur de l’interaction matière-laser

Par opposition aux procédés traditionnels basés sur la suppression de matière, la fabrication additive consiste à élaborer une pièce par empilement successif de poudre mise en fusion par un faisceau laser. Bénéficiant aujourd’hui d’un bon niveau de maturité, cette technologie offre une liberté de conception inégalée et a trouvé de nombreuses applications dans des marchés exigeant comme l’aéronautique, le spatial, le médical, l’automobile, …

Pouvant être métalliques, céramiques ou polymères, la qualité des poudres est un point crucial pour ce procédé. Au cœur de l’interaction matière-laser, les poudres doivent notamment respecter une composition chimique, une morphologie, une granulométrie et une porosité intra particulaire minimale.

Pour garantir la qualité des pièces élaborées, le contrôle des poudres métalliques recyclées ou non constituera donc un enjeu majeur pour atteindre les performances attendues. Les paramètres régulièrement appréciés sont :

• la composition chimique déterminée par ICP-AES, ICP-MS et analyseurs élémentaires (C/S, N/O et H). Ces analyses permettent d’obtenir la composition chimique de la poudre initialement mise en œuvre mais également de celle progressivement recyclée pouvant être affectée notamment par des phénomènes d’oxydation ou des mécanismes d’évaporation d’éléments d’alliage,
• la granulométrie réalisée généralement par granulométrie laser suivant la norme ISO 13320,
• la coulabilité caractérisée par un temps d’écoulement au moyen d’un entonnoir calibré de type cône de Hall suivant la norme ISO 4490 et ASTM B 213 ou de type cône de Carney suivant la norme ASTM B 964 (ce dernier cône étant d’intérêt pour les poudres d’aluminium par exemple)
• la densité apparente et la densité tassée permettant de caractériser par effet mécanique l’aptitude d’une poudre à s’organiser en chassant l’air entre les grains. Ces essais sont réalisés à l’aide d’un voluménomètre de tassement suivant la norme ASTM B 527 et ISO 3953. L’indice de Hausner correspond au ratio de la densité tassée et de la densité apparente,
• la densité vraie déterminée par pycnométrie selon la norme ISO 12154 ou ASTM B 923. Cette grandeur permet notamment de déterminer par calcul à l’aide de la densité théorique (d’un matériau massif par exemple) le taux de porosité interne, 
• la morphologie qualifiée par Microscopie Electronique à Balayage (MEB-FEG) et Microscopie Optique afin d’apprécier la granulomorphologie, la sphéricité, le satellitage, la présence de contaminant, …
• la microstructure caractérisée par un examen métallographique et impactant de façon significative les propriétés mécaniques finales des pièces élaborées.
• l’évaluation de l’élimination des résidus de fabrication additive dans les DM fabriqués par fusion

Comme le suggère la norme NF E 67-010 présentant les spécifications techniques des poudres pour les applications de fabrication additive, ces essais peuvent également être complétés par des mesures de surface spécifique, d’humidité, …