L’IRT M2P, l’IJL et le LEMTA collaborent pour la modélisation du procédé EIGA

Retour sur l’étude de faisabilité SIGMA (Simulation de l’Interaction Gaz Métal pendant l’Atomisation), initié en 2021 entre l’IRT M2P, l’Institut Jean Lamour (IJL) et le Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA) qui entre dans sa dernière phase.

L’essor rapide, ces dernières années, des procédés de fabrication additive de pièces métalliques, notamment dans les industries aérospatiale et automobile, ainsi que l’amélioration constante des techniques et des machines entraine une forte demande de poudres métalliques fines, de haute qualité et de haute sphéricité. Parmi les différents procédés existants, l’atomisation gazeuse est le plus largement utilisé pour fabriquer ce type de poudres. La tour d’atomisation EIGA (Electrode Induction melting Gas Atomization), située à Uckange, est un procédé d’atomisation gazeuse qui combine la fusion sans creuset par induction d'une électrode métallique et l'atomisation en chute libre par un jet supersonique de gaz en rotation injecté à haute pression.

D’une durée d’un an, le projet SIGMA vise à étudier et comprendre le rôle des paramètres gaz intervenant dans les mécanismes d’atomisation par le procédé EIGA et leurs conséquences sur les caractéristiques des poudres produites. Objectif : améliorer les rendements du procédé et permettre la production de poudres adaptées aux demandes du marché et aux différents procédés (fabrication additive, projection thermique, métallurgie des poudres, etc.)

Les études menées et les résultats concrets obtenus dans ce projet sont :

• La réalisation d’une maquette numérique tridimensionnelle de la buse d'atomisation de la tour EIGA ;
• Le développement d’un modèle numérique capable de simuler l'écoulement du gaz compressible en rotation à travers la buse de gaz et à l'intérieur de la chambre d'atomisation ;
• Des investigations complètes sur l'étude paramétrique pour la simulation de l'écoulement gazeux ;
• La comparaison des résultats numériques de l'écoulement du gaz avec les résultats expérimentaux observés ;
• La réalisation d’une première modélisation numérique de la fragmentation des gouttes métalliques dans la tour EIGA ;
• La possibilité de prédire le jet gazeux dans le procédé EIGA par le biais de la simulation numérique.
• La visualisation de l'atomisation métallique grâce à une caméra rapide permettant de classifier les différents mécanismes de fragmentation possibles au sein du procédé.

Deux articles scientifiques consacrés au projet SIGMA sont actuellement en cours de préparation et seront publiés en fin d’année 2022. A noter que le modèle d'atomisation actuel permet de caractériser les enjeux paramétriques sans toutefois prédire toute la physique de la fragmentation. La poursuite du développement du modèle d’atomisation est en cours et pourra également être adapté à la nouvelle tour VIGA.