Frittage Ultra-Rapide Pixélisé – PixUFaST

Une étude a été menée afin de comparer le frittage rapide pixélisé et le frittage SPS (spark plasma sintering), avec des rampes de température jusqu’à 100°C/min, de deux matériaux céramiques modèles (alumine a et la zircone yttriée à 3 %mol). A cet effet, une étude préliminaire de mise en forme par coulage des crus céramiques a été effectuée. Le protocole expérimental, répétable et reproductible, a permis d’obtenir des compacts présentant une densité relative de 60 % et des empilements granulaires de qualité maîtrisée. La stratégie d’investigation a ensuite été tournée vers une analyse du frittage s’appuyant sur une modélisation analytique à partir d’essais dilatométriques et sur l’établissement de cartes de frittage.

Résultats académiques :
- Validation du frittage pixélisé comme technique conventionnelle, sans mécanisme spécifique et avec des capacités de frittage rapide similaires au SPS,
- Application à la consolidation de pièces de grandes dimensions avec génération de gradients en volume (porosité, microstructure),
- Démonstration des capacités en multi-step sintering.
Résultats industriels :
- Conception et réalisation d’un démonstrateur adapté au frittage de pièces de grandes dimensions (> 10 cm2),
- Croissance de Galtenco Solutions, partenaire industriel, dont les effectifs au début du projet étaient de 2 ETP, alors qu’ils sont aujourd’hui de 7 ETP (plus une thèse CIFRE et un apprenti ingénieur).

Les travaux académiques se poursuivent dans le cadre d’une thèse CIFRE (Galtenco Solutions / ICMCB). Il s’agit d’explorer les capacités du frittage pixélisé pour le contrôle du profil de température. Il est aussi envisagé d’exploiter la chaîne numérique pour piloter le frittage en temps réel à l’aide d’une boucle de rétroaction en interfaçant des capteurs (e.g. dimension de l’échantillon). D’un point de vue industriel, le projet a permis à la TPE Galtenco Solutions de voir ses effectifs multipliés par 4 avec des marchés qui se sont ouverts (e.g. réacteurs-échangeurs) et le projet de construction d’une unité de production.

En raison des enjeux industriels liés au développement de la Société Galtenco Solutions sur la base de cette technologie clé, la dissémination au cours du projet a été volontairement limitée et décalée dans le temps (3 conférences orales et 2 publications sont en cours de rédaction à date : frittage pixélisé de l’alumine et frittage pixélisé de la zircone).

PixUFaST a pour objectif de développer une technologie de frittage originale qui repose sur un contrôle fin et localisé des apports de chaleur. Les éléments chauffants sont disposés autour de la pièce à fritter en s’appuyant sur des modélisations multi-physiques amont. L’unité de base se compose d’une alimentation électrique, d’un élément chauffant résistif, et d’un thermocouple placé au plus près de l’échantillon. Cette unité peut être répétée "à l’infini" (i.e. discrétisation du système de chauffage, four pixélisé). Il s’agit d’une rupture technologique majeure. L’ensemble du cycle de frittage est contrôlé par un logiciel propriétaire qui pilote chaque résistance chauffante indépendamment, grâce au thermocouple qui lui est apparié. L’énergie délivrée à la pièce est optimisée et les pertes thermiques limitées. Au-delà de l’intensification énergétique, le frittage est libre ce qui ouvre des perspectives pour la consolidation de pièces 3D complexes et le transfert d’échelle aux grandes dimensions.