IMTS 2022 : Impression 3D du carbure de tungstène avec Hyperion

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Lors du récent IMTS 2022 à Chicago, j'ai eu l'occasion de visiter le stand d'Hyperion Materials & Technologies, une société mondiale de science des matériaux qui a des décennies d'expérience dans le développement et la fabrication de poudre de carbure de tungstène, de diamant industriel, de nitrure de bore cubique et d'autres matériaux avancés. . Bien qu'il s'agisse d'une entreprise autonome depuis juillet 2018, Hyperion, basée dans l'Ohio, est née de la fusion entre Diamond Innovations (anciennement GE Superabrasives) et Sandvik Hard Materials, et emploie désormais plus de 1 600 personnes dans le monde et a acquis six marques étendues et compte.

Rien sur le stand Hyperion n'a été imprimé en 3D, car l'entreprise ne se concentre pas uniquement sur la fabrication additive (AM). Cependant, Matthew Seymour, responsable mondial du marketing chez Hyperion, m'a montré des exemples de certaines de ses offres de matériaux, des grandes pièces pour l'industrie pétrolière et gazière aux petits composants médicaux. En fait, l'une de ses entreprises fabrique le plus petit implant approuvé par la FDA, qui est utilisé pour le traitement du glaucome. Toute l'impression 3D proposée par Hyperion est basée sur du carbure de tungstène cémenté, qui offre une résistance élevée à l'usure et peut désormais obtenir des caractéristiques géométriques complexes grâce à la FA.

Hyperion a présenté plusieurs nouvelles offres à l'IMTS, y compris sa nuance AM110 primée d'ébauches de tiges en carbure de tungstène conçues pour l'usinage de superalliages comme l'Inconel. De plus, Hyperion présentait une offre améliorée de produits de nitrure de bore cubique (CBN) et de diamants synthétiques, ainsi qu'une nouvelle entreprise appelée Precision Solutions by Hyperion, qui travaille directement avec les clients pour concevoir et fabriquer des composants de précision finis fabriqués à partir de son dur et matériaux ultra-durs.

Comme me l'expliquait Biju Varghese, vice-président principal des solutions d'ingénierie et de la recherche et du développement, Hyperion est composé de trois grands groupes, les solutions d'ingénierie transformant "tout, de la poudre aux composants finis", souvent avec des tolérances très élevées. .

"Nous sommes une entreprise de science des matériaux", m'a-t-il dit. "Nous nous concentrons sur ce que nous appelons des matériaux avancés, essentiellement du carbure de tungstène, un peu de céramique, puis des diamants synthétiques et du nitrure de bore cubique, c'est donc le haut de gamme des matériaux avancés."

Photographies de Sarah Saunders pour 3DPrint.com

Varghese a déclaré que le processus traditionnel non AM d'Hyperion commence par de la poudre, qui est extraite, traitée et donne du carbure de tungstène. L'entreprise prend le matériau et en fait une recette avec d'autres ingrédients aux propriétés métalliques différentes. Ceci est ensuite consolidé en le pressant dans une forme de base. Une fois les éléments usinés, la pièce est frittée et ressort solide avec des éléments pressés. Enfin, la pièce doit être finie avec des techniques comme le meulage et le polissage.

"Donc, si vous divisez cela en trois grandes catégories, il s'agit de fabriquer la bonne poudre, car il existe différentes qualités de carbure et différentes applications pour eux", a-t-il déclaré, expliquant qu'Hyperion propose environ 250 variantes différentes avec des applications ciblées. "Donc, préparer cette recette est un grand domaine de compétence pour nous."

La deuxième grande catégorie de compétences de l'entreprise est le processus de compactage et de frittage du corps pour obtenir une pièce entièrement dense, tandis que la troisième est la finition, afin de respecter des tolérances et des spécifications très strictes.

Tige en carbure de tungstène imprimée en 3D avec canaux de refroidissement

Il a expliqué qu'en termes d'impression 3D, ce qu'Hyperion essaie de faire, c'est de trouver les meilleurs composants de cas d'utilisation pour l'impression, plutôt que d'appuyer, car "l'objectif est le même. Ce que nous voulons former, c'est un corps avec certaines caractéristiques. "

"L'impression 3D nous permet de fabriquer certains corps que vous ne pouvez pas très facilement presser et fritter", a poursuivi Varghese.

C'est si souvent ce que nous entendons à propos de l'additif : il peut atteindre des caractéristiques, des géométries, etc. que les procédés de fabrication traditionnels ne sont pas capables d'offrir.

Pièce imprimée en 3D avant frittage

Obtenir le bon type de poudre est crucial pour l'impression 3D, et Varghese a expliqué que vous ne pouvez pas simplement utiliser d'anciens profils de frittage. Pour cette raison, l'entreprise a lentement parcouru ses 250 recettes de poudres pour trouver les bonnes à développer pour la FA, et une fois cela fait, l'accent se déplacera davantage des poudres vers le processus lui-même.

"Nous développons cela depuis près de trois ans maintenant", a-t-il déclaré. "Notre objectif de développer notre propre compétence était de revenir à l'essentiel et de déterminer que nous voulions développer notre propre poudre sur mesure pour l'impression 3D. Le processus d'impression 3D lui-même est assez standard pour nous, nous nous concentrons donc sur le frittage partie, parce que c'est là que nous sommes en mesure de concevoir des propriétés spéciales."

Analyse des matériaux au centre R&D d'Hyperion

Les applications des matériaux durs et super-durs d'Hyperion, mais pas nécessairement pour l'impression 3D, incluent les implants médicaux et le pétrole et le gaz, comme mentionné précédemment, ainsi que les composants miniatures pour les systèmes de guidage, les outils de coupe pour les secteurs de l'automobile et de l'aérospatiale, les rouleaux pour le l'industrie sidérurgique, les tubes pour fabriquer des canettes de boisson en aluminium, etc. Une application d'impression 3D spécifique mentionnée par Varghese était les buses en carbure de tungstène utilisées pour aider à fabriquer des circuits imprimés.

"Nous sommes en mesure de fabriquer des buses capables de distribuer un nanolitre à la fois, 1 000 fois par seconde", a-t-il déclaré. "Il s'agit donc d'une application à haut volume et de haute précision, qui fabrique tous ces composants de buse."

Buses en carbure de tungstène imprimées en 3D

Varghese a expliqué un peu plus le contexte de l'entreprise, qui est née dans une société de diamants basée dans l'Ohio, puis dans la société suédoise Sandvik. En 2013, Sandvik Hyperion a été créée pour se concentrer sur les matériaux avancés et, en 2018, Hyperion s'est lancée seule, ce qui, selon lui, était "une décision fantastique". Sandvik est une très grande entreprise, axée sur l'exploitation minière et la découpe (y compris pour l'impression 3D), tandis que les employés d'Hyperion ne représentaient qu'une petite partie du côté des matériaux.

"Maintenant, en tant qu'entreprise autonome, nous nous concentrons sur une véritable croissance dans l'espace des matériaux", a-t-il déclaré.

Hyperion possède désormais des usines dans le monde entier, du Mexique, de la France et de l'Allemagne à Taïwan, Barcelone et l'Italie. Afin de renforcer son ensemble de compétences, elle a également acquis plusieurs autres sociétés au cours de la dernière année et demie.

"Nous y allons de manière très systématique et nous nous demandons quel ensemble de capacités nous devons ajouter à notre portefeuille. Nous n'achetons pas seulement des entreprises au hasard. Nous sommes très précis sur la façon dont cela correspond à notre stratégie et où pouvons-nous voir des opportunités de croissance."

J'ai entendu beaucoup de débats sur la question de savoir s'il importe ou non que la poudre AM soit parfaitement sphérique. Évidemment, vous voulez que votre poudre soit de haute qualité, afin de produire des pièces de haute qualité, mais une poudre qui n'est pas aussi parfaite est-elle gaspillée alors qu'elle pourrait être recyclée ? J'ai demandé à Varghese son avis, et il a dit que les poudres sphériques comptent.

"C'est la géométrie et la taille de celui-ci. Premièrement, il doit s'écouler à travers la buse. Pour toute application où vous voulez que les choses s'écoulent à travers un orifice, la taille compte, la forme compte. Donc pour moi, dans l'ensemble, l'ingénierie la poudre compte beaucoup », a-t-il répondu. "L'autre chose est que la densité de chaque granule compte."

Il m'a rappelé la première partie de notre conversation, lorsqu'il m'avait expliqué que le processus traditionnel d'Hypérion pour fabriquer du carbure de tungstène consistait à mettre la poudre dans une cavité et à la presser. Ces granulés sont déjà creux, donc une fois qu'ils sont écrasés lors du pressage, cela les rend beaucoup plus faciles à emballer.

En revanche, avec les procédés de fabrication additive métallique, il reste des lacunes, et certaines d'entre elles peuvent être comblées par frittage, mais il a déclaré qu'il n'y avait "pas assez de métal pour combler tous ces vides". Des particules plus petites peuvent être utilisées pour remplir certains des espaces restants, mais pas tous, il est donc crucial de déterminer comment utiliser la taille et la densité de ces petites particules pour combler les lacunes.

"C'est un équilibre délicat entre avoir une particule fluide suffisamment dense pour être frittée et obtenir un corps 100% dense. Sinon, vous avez des pores."

Composant de contrôle de débit en carbure de tungstène imprimé en 3D

Varghese a noté qu'Hyperion étudie plusieurs technologies AM pour le traitement de son carbure de tungstène, y compris le jet de liant. Il a déclaré que l'entreprise finira probablement par utiliser plus d'un processus, car chacun a ses propres avantages et inconvénients.

Images fournies par Hyperion sauf indication contraire.

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