Optimisations séquentielles et optimisation globale du procédé de moulage par injection de poudre

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https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01509000 Submitted on 15 Apr 2017

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Optimisations séquentielles et optimisation globale du

procédé de moulage par injection de poudre

Ghassane Ayad, Thierry Barrière, Jean-Claude Gelin, Jiupeng Song, Baosheng Liu

To cite this version:

Ghassane Ayad, Thierry Barrière, Jean-Claude Gelin, Jiupeng Song, Baosheng Liu. Optimisations séquentielles et optimisation globale du procédé de moulage par injection de poudre. 8e Colloque national en calcul des structures, CSMA, May 2007, Giens, France. �hal-01509000�

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* Institut Femto-ST, LMA, ENSMM,

24 Chemin de l’épitaphe, 25000, Besançon, France

{jean-claude.gelin, jiupeng.song, thierry.barriere}@ens2m.fr

** Department of Applied Mechanics, Southwest Jiaotong University 610031, Chengdu, Sichuan, P. R . China



RÉSUMÉ. Ce travail concerne sur l’optimisation séquentielle et l’optimisation globale du

procédé de Moulage par Injection de Poudres (MIP). Dans le procédé MIP la réalisation d’un composant comprend quatre étapes consécutives: mélangeage de poudres et de liants thermoplastiques, moulage par injection, élimination du liant qui a servi de fluide porteur et densification conduisant à la géométrie du composant final. La première partie concerne une méthodologie d’optimisation appliquée à l’étape d’injection, basée la détermination des paramètres influents grâce à la méthode des plans d’expérience, suivie une procédure d’optimisation construite à partir d’une méthode de surfaces de réponses adaptatives. Dans la seconde partie, l’identification par méthode inverse des paramètres de la loi de densification à l’aide d’essai de dilatométrie est mise en place. Finalement, une méthodologie d’optimisation globale du procédé MIM est proposée. Cette approche est appliquée sur un cas test correspondant à une prothèse de hanche réalisée à partir d’un mélange de poudres céramiques.

ABSTRACT.This work is focused on the global and sequential optimization of the Powder

Injection process (PIM). This process is composed by four stages: mixing both metallic powders and thermoplastic binder, injection stage in order to obtain a shaped component, thermal or solvent debinding to remove the binder and last stage is a solid state sintering. In the first part the injection stage is optimized in order to minimize the segregation defects. The second part is concentred on the shrinkage prediction during sintering stage. The third part is the global optimization is order to determine the size of the mould cavities in order to manufacture a HIP prosthesis by Ceramic Injection Molding process.

MOTS-CLÉS: Moulage par injection, Surfaces de réponses, Identification, Optimisation KEYWORDS: Metal Injection Molding, Response Surfaces Modeling, Optimization.

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2SWLPLVDWLRQGHO¶pWDSHG¶LQMHFWLRQ Application à la ségrégation

$ILQGHPLQLPLVHUODVpJUpJDWLRQUpVXOWDQWGHODSKDVHG¶LQMHFWLRQXQHSURFpGXUH G¶RSWLPLVDWLRQ D pWp GpYHORSSpH $\DG  EDVpH VXU O¶pFULWXUH G¶XQH IRQFWLRQ REMHFWLIpYDOXpHjSDUWLUGHODIUDFWLRQYROXPLTXHGHSRXGUHVTXLV¶H[SULPHJUkFHj ODUHODWLRQVXLYDQWH 

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7DEOHDXDéfinition du vecteur des paramètres matériaux utilisés

9HFWHXU 3DUDPqWUHV ,QWHUYDOOH

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Optimisation de l’étape d’injection appliquée à une prothèse de hanche

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)LJXUH  Evolution du taux de remplissage de la prothèse de hanche a) 25%, b)

50%, c) 75% et d) 9% et distribution de la fraction volumique de poudres après optimisation.

5HYXH9ROXPH;±Qƒ[DQQpH

2SWLPLVDWLRQGHODFKDvQHFRPSOqWH

'DQV XQ SUHPLHU WHPSV OD VLPXODWLRQ GH OD SKDVH G¶LQMHFWLRQ HVW UpDOLVpH HQ XWLOLVDQWOHVGLPHQVLRQVILQDOHVGXFRPSRVDQWDILQG¶REWHQLUODIUDFWLRQYROXPLTXH ILQDOH GH SRXGUHV SRXU VLPXOHU OD SKDVH GH GHQVLILFDWLRQ HW GRQF REWHQLU XQH SUpGLFWLRQ GX UHWUDLW TXL HVW HQVXLWH XWLOLVpH SRXU SUpYRLU OHV GLPHQVLRQV GH O¶HPSUHLQWHjO¶DLGHG¶XQHWUDQVIRUPDWLRQJpRPpWULTXHG¶KRPRWKpWLH8QHQRXYHOOH VLPXODWLRQ GH OD FKDvQH FRPSOqWH HVW HQVXLWH HIIHFWXpH DYHF FHV QRXYHOOHV GLPHQVLRQV &HWWH SURFpGXUH HVW UpSpWpH MXVTX¶j O¶REWHQWLRQ GHV GLPHQVLRQV VRXKDLWpHVDYHFXQHWROpUDQFHIL[pH)LJXUH /¶DSSURFKHG¶RSWLPLVDWLRQGHIRUPHSURSRVpHDpWpDSSOLTXpHVXUO¶H[HPSOHGH SURWKqVHGHKDQFKH/HSUREOqPHjUpVRXGUHV¶H[SULPHGHODIDoRQVXLYDQWH$ODILQ GXSURFpGp0,0RQVRXKDLWHREWHQLUXQHSLqFHGHQVLILpHDYHFOHVFDUDFWpULVWLTXHV JpRPpWULTXHVLQGLTXpV)LJXUH /HVUpVXOWDWVGHFHWWHDSSURFKHVRQWUHODWpVVXUOD)LJXUH$SUqVWURLVLWpUDWLRQV OH UHWUDLW V¶HVW VWDELOLVp j  HQ SHUPHWWDQW GH GpWHUPLQHU OHV GLPHQVLRQV GHV HPSUHLQWHVGXPRXOH





)LJXUH  Algorithme utilisé pour la détermination des dimensions de l’empreinte

en optimisant la chaîne complète du procédé MIM.

/¶RSWLPLVDWLRQ GH OD FKDvQH FRPSOqWH D SHUPLV G¶REWHQLU OHV GLPHQVLRQV GH O¶HPSUHLQWH XQH GLVWULEXWLRQ GH SRXGUHV XQLIRUPH HQ ILQ G¶LQMHFWLRQ HW OHV

'LPHQVLRQGXFRPSRVDQWILQDOH 6LPXODWLRQGHODFKDvQHµLQMHFWLRQGHQVLILFDWLRQ¶FRPSOqWHGX SURFpGp DYHF FHV GLPHQVLRQV &DOFXOGXUHWUDLW 'pWHUPLQDWLRQGHVGLPHQVLRQVGHO¶HPSUHLQWH 6LPXODWLRQGHODSKDVHFRPSOqWHGXSURFpGpDYHFFHVGLPHQVLRQV 'LPHQVLRQGHODSLqFHGHQVLILpH &RPSDUDLVRQGHVGLPHQVLRQVGHODSLqFHGHQVLILpHHWGXFRPSRVDQWILQDO 6WRS 6LODGLIIpUHQFH 6LQRQ  

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SDUDPqWUHV GH FRPSRUWHPHQW LQWHUYHQDQW GDQV OHV PRGqOHV PDFURVFRSLTXHV GH GHQVLILFDWLRQSRXUFRQWU{OHUOHUHWUDLWHQILQGHGHQVLILFDWLRQ &DUDFWpULVWLTXHVJpRPpWULTXHVVRXKDLWpHVjODILQGXSURFpGp  qUH_{LWpUDWLRQ} 6LPXODWLRQGHO¶LQMHFWLRQDYHFOHV GLPHQVLRQVUpHOOHVGHODSLqFH 6LPXODWLRQGHODGHQVLILFDWLRQ 5HWUDLWGH



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)LJXUH  Optimisation de forme appliquée à une prothèse de hanche pour un

mélange de poudre d’alumine Al2O3.

PP PP

PP PP

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&RQFOXVLRQV

8QHDSSURFKHFRPELQpHG¶RSWLPLVDWLRQVpTXHQWLHOOHHWJOREDOHHVWSURSRVpHSRXU PLQLPLVHU OH SKpQRPqQH GH VpJUpJDWLRQ VXUYHQDQW GXUDQW O¶pWDSH G¶LQMHFWLRQ DLQVL TX¶XQH PpWKRGH G¶LGHQWLILFDWLRQ DILQ GH GpFULUH OH SOXV SUpFLVpPHQW DSUqV GHQVLILFDWLRQODIRUPHJpRPpWULTXHOHVGLPHQVLRQVFRUUHVSRQGDQWVjXQPpODQJHGH SRXGUHVG¶DOXPLQHjGpOLDQWDJHSDUVROYDQWXWLOLVpSRXUODUpDOLVDWLRQGHODSURWKqVH GH KDQFKH 2Q QRWH XQH ERQQH FRUUpODWLRQ GHV SDUDPqWUHV H[SpULPHQWDX[ HW QXPpULTXHVHQWHUPHVGHUHWUDLWHWGHGHQVLWpILQDOH'HSOXVXQHDSSURFKHJOREDOHD pWp GpYHORSSpH DILQ GH SUpGLUH OD WDLOOH GHV HPSUHLQWHV GH PRXOH DLQVL TXH OHV SURSULpWpVPpFDQLTXHVUpVXOWDQWHVHQILQGHSURFpGp

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Congrès Français de Mécanique, 7UR\HV )UDQFH

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Injection moulding of metal and ceramics

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