Centre Technique

des Industries de la Fonderie

Patrick Hairy, resp. activité R&D produit process fonderie hairy@ctif.com CTIF (www.ctif.com)

Les opportunités des mousses

métalliques Castfoam® pour les

solutions multi-matériaux

Innov’Days

Dijon – 28 nov. 2013

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Le CTIF (Centre Techniques des Industries de la Fonderie)

La technologie de réalisation des mousses métalliques

Les applications (thermique, absorption énergie, …)

Le potentiel en solutions multi-matériaux (métal/métal, métal/polymère)

Le CTIF et les mousses métalliques Castfoam®

Présentation

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Compétences : métallurgie, alliages et process de fonderie, innovation

125 personnes (Sèvres, Lyon, Charleville) : des experts matériaux et procédés et des moyens (laboratoire d’analyse, fonderie expérimentale, …, calcul et simulation)

Prestations de service : analyses matériaux métalliques, conception de pièces, projets de R&D, audit de fonderies, formation inter et intra-entreprises,

Innovation : Alliages à mémoire de forme, mousses métalliques, composites CMM, renforcement superficielle (fonte), allègement de pièces (Al), cellule robotisée de parachèvement de pièces (Ctif / Cetim/ Actemium), …

Le CTIF (www.ctif.com)

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

La technologie de réalisation des

mousses métalliques

Principe, caractéristiques géométriques, forme de pièces

réalisables, projet R&D en cours

Production par voie fonderie

Mousses régulières

Noyau en sable réalisé par strates empilées Chaque strate est réalisée par un moyen de fonderie traditionnel (boite à noyau)

Infiltration par le métal liquide et destruction du noyau

Moulage en sable à prise chimique

Pas d’investissement machine spécifique Du know-how et des outillages

Caractéristiques géométriques

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Pores ouverts et communicants

Diamètre de pore : mini 10 mm, maxi 100 mm

Porosité 85 % (modulable entre 65 % et 90 %)

Régularité de distribution des pores : quasi-

parfaite et répétable d’une pièce à l’autre

Alliage : Aluminium, cuivre, acier, fonte, …

Structure mixte pouvant comporter sur une

même pièce des zones en mousse et des zones

pleines traditionnelles

Proto fonte

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Mousse aluminium CTIF CastFoam®

Pores diamètre 70 mm

Dimension 650 x 420 x 420 mm

Taux de porosité 85 %

Table Bulle

Réalisation de pièces de grande taille

Simulation numérique

Document Alveotec

La structure régulière et périodique facilite la modélisation et la

simulation thermique ou mécanique des mousses (éléments finis)

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Les applications possibles (caractéristiques fonctionnelles)

Caractéristiques et applications potentielles

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Surface spécifique importante

(600 à 2000 m2/m3)

Echangeur thermique (circulation

fluide), réacteur chimique,

récupération de la chaleur

Capacité d’absorption d’énergie à

l’écrasement

(10 kJ/kg aluminium)

Crash box transport (automobile,

ferroviaire), blindage (militaire),

amortisseur de vibrations

Forte porosité et pores ouverts

(65 % à 90 %)

Isolation thermique, matériau

composite par l’injection d’un second

corps (polymère, métal, …)

Esthétisme et possibilité de réaliser

des pores de grande taille (70 mm

ou plus)

Mobilier intérieur (table, lampe, …),

Design urbain

Caractéristiques

fonctionnelles

Applications

potentielles

Echange thermique

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Mousse régulière

Démonstrateur

Cuivre

Capacité d’échange multipliée par 2 à 3 (ou plus) par rapport à

des solutions conventionnelles (ailettes, tubes, …)

Résultats très intéressants en convection libre

Absorption d’énergie

Contrairement aux matériaux traditionnels (aluminium, acier), la mousse présente un comportement spécifique lors d’une sollicitation en compression : absorption d’énergie à faible contrainte et grande déformation.

Pour les applications en absorption d’énergie, importance de plusieurs paramètres :

• Un plateau le plus constant possible • Un pic initial le plus faible possible • Quantité d’énergie absorbée (en J) égale à l’aire sous la courbe contrainte-déformation

Partie 1 Déformation élastique linéaire (un pic) Partie 2 Le Plateau Partie 3 La Densification

Partie 1 Partie 2 Partie 3

Ecrasement mousse d’acier

Test de compression

Test de compression

Mousses régulières (acier) réponse anisotrope selon les directions d’écrasement

Banc UTAC

Energie absorbée : 10 kJ/kg (85 % de porosité)

Design Urbain

Projet Design-Fonderie CTIF-Strate College

Borne de défense de trottoir

Poubelle anti-explosion

Borne d’information

Parasol urbain mi-ombre

Mur anti-bruit végétalisé

Chaise pliante bord de seine

Chaise de jardin allégée

Bac de compost

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Le potentiel en solutions

multi-matériaux

(métal/métal, métal/polymère)

Multi-matériaux métal/métal

Production

Réalisation d’une mousse (matériau A) puis infiltration par un autre matériau métallique (matériau B) Tfusion matériau A > Tfusion matériau B

Composite co-continue métal-métal

- Acier/Aluminium - Laiton/Aluminium

Multi-matériau CTIF acier/aluminium

Multi-matériaux métal/polymère

Production

Réalisation d’une mousse métallique (matériau A) et infiltration par un polymère

Applications :

- Nucléaire

- Défense

- Mécanique (absorption énergie)

Multi-matériaux métal/polymère

Données UTT

Caractéristiques mécaniques modulables entre l’aluminium et le polymère

Multi-matériaux métal/polymère

Données UTT

Energie absorbée à 40 % de déformation de la mousse

Compression

Proportion volumique de polymère : 63 %

Le polymère (polyéthylène et Epoxy) évite une fragmentation de l’aluminium et accroit les caractéristiques mécaniques et l’absorption d’énergie.

Importance de la qualité de l’interface aluminium-polymère

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

Le CTIF et les mousses

métalliques Castfoam®

Partenaires : Universitaires (ECP, ENSMP, INSA Lyon, IUSTI) et industriels (TNI Areva, MOTA, Mersen, Solaire 2G). Leader CTIF Objectifs : Amener un cadre structurant autour des mousses métalliques (optimisation géométrie des cellules, simulation numérique fonctionnelle et fonderie, outils métiers méthode fonderie, …, réalisation de démonstrateurs). Aluminium et cuivre, durée 4 ans

Projet ANR

De la technologie au transfert

lundi 2 décembre 2013 lundi 2 décembre 2013

- Développement de la technologie (3 brevets) - Réalisation de prototypes (fonderie expérimentale CTIF) pour des donneurs d’ordre - Transfert de la technologie vers des fondeurs

Proto cuivre Fondeurs licenciés

Goodfellow

Aluminium pur

Pore de diamètre 10 mm

Porosité : 85 %

Dimension : 172 x 100 x 40 mm

Goodfellow : Revendeur sur internet de produits de laboratoire

standards en petite quantité

Produit standard en mousse Castfoam®:

Production des échantillons standards

Goodfellow par le fondeur licencié

Loupi est une PME (75020) spécialisée dans la fournitures d’éclairage à

base de LED pour magasins, expositions et évènements, musées (Le

Louvre, …)

Produit : Dissipateur thermique pour LED afin d’améliorer leur durée de vie

- Premiers prototypes au CTIF

- Démarrage production en

février 2013

Application en éclairage

Conclusions

• Mousses Castfoam® réalisées par une technologie de fonderie (mixte de zones pleines et de zones en mousse), sans investissement machine

• Fonctionnalité dans les domaines thermique, absorption de l’énergie, …, design

• Simulation et calcul au stade de conception de la pièce

• Potentiel pour la réalisation de multi-matériaux métal/métal ou métal/polymère