Fabrication de surfaces uniformément microtexturées en acier inoxydable : de la fabrication additive polymère à la fonderie à cire perdue - Université de Lille Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2022

Fabrication de surfaces uniformément microtexturées en acier inoxydable : de la fabrication additive polymère à la fonderie à cire perdue

Résumé

The manufacture of microtextured surfaces is usually done either by a top-down approach, during which material is removed from the substrate, or by a bottom-up approach for which material is added directly to the substrate. Stainless steel is difficult and expensive to process using powder-based metal additive manufacturing processes, which are unable to achieve good precision below 200 μm. The aim of the work presented here is to use an unconventional casting process to manufacture microarchitected stainless steel. This method is directly inspired by high-end jewelry and traditional shell casting. To begin with, a surface is digitally textured using Computer-Aided Design (CAD) software, then printed using Additive Manufacturing (AM). The 3D-printed rendering is in polymer resin, which is then used to manufacture a negative of the microtexture in refractory material (silica). Liquid stainless steel (T > 1430°C) is then molded into the refractory to reproduce the textured surface initially in polymer. The metal is cast in a primary vacuum induction furnace, typically used for titanium in dentistry or precious metals in jewelry. Casting stainless steel on a micrometric scale is a technical challenge due to its high surface tension, high dynamic viscosity and high working temperatures. This work therefore explores textured patterns of different sizes and shapes using a casting process that has not yet been considered for stainless steel.
La fabrication de surfaces microtexturées se fait habituellement soit par une approche top-down, durant laquelle la matière est retirée du substrat, soit par une approche bottom-up pour laquelle la matière est directement ajoutée au substrat. L’acier inoxydable est difficile et onéreux à mettre en oeuvre par les procédés de fabrication additive métallique à base de poudre, qui ne permettent pas d’obtenir une bonne précision en dessous de 200 μm. L’objectif des travaux présentés est d’utiliser un procédé de coulée peu conventionnel pour fabriquer de l’acier inoxydable microarchitecturé. Cette méthode s’inspire directement de la joaillerie haut de gamme et de la fonderie en coque traditionnelle. Pour commencer, une surface est texturée numériquement grâce à un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) puis imprimée en Fabrication Additive (FA). Le rendu de l’impression 3D est en résine polymère qui sert par la suite à fabriquer un négatif de la microtexture en matériau réfractaire (silice). L’acier inoxydable liquide (T > 1430°C) est alors moulé dans le réfractaire afin de reproduire la surface texturée initialement en polymère. Les coulées de métal se font dans un four à induction sous vide primaire, classiquement utilisé pour le titane en odontologie ou les métaux précieux en joaillerie. Le moulage de l’acier inoxydable à l’échelle micrométrique est un défi technique à cause de sa grande tension de surface, sa grande viscosité dynamique et des températures de travail élevées. Ces travaux explorent donc des motifs de textures de différentes tailles et formes avec un procédé de coulée encore peu envisagé pour l’acier inoxydable.
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Format typeAnnex_author

Dates et versions

hal-04154378 , version 1 (06-07-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04154378 , version 1

Citer

Kevin Dourgaparsad, Maude Jimenez, David Balloy, Cosmin Gruescu. Fabrication de surfaces uniformément microtexturées en acier inoxydable : de la fabrication additive polymère à la fonderie à cire perdue. Matériaux 2022, Oct 2022, Lille, France. ⟨hal-04154378⟩
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