Projet POWDIUM : vers une filière d’excellence française pour la production de poudres d’alliages d’aluminium

POWDIUM - POWder aluminIUM, justifié par les résultats positifs obtenus dans le cadre d’ALFA, a démarré en ce début d’année 2024. L’objectif du projet est de soutenir la création d’une filière industrielle française de développement et de production de poudres d’alliage d’aluminium destinées aux secteurs de la défense, de l’aéronautique et du spatial.

Encourager le potentiel des alliages d’aluminium pour la fabrication additive (FA)

ALFA (poudres d’Alliages Légers pour Fabrication Additive) est né du besoin de pouvoir expérimenter différentes approches pour le développement de nouvelles compositions chimiques de poudres d’alliages aluminium et de poudres d’alliages à façon pour le marché de la fabrication additive. Le projet visait à développer un procédé d’atomisation de poudres à l’échelle semi-industrielle (80-100kg de matière première) permettant d’atteindre un niveau de performance élevé en termes de robustesse, répétabilité et de reproductibilité. Le but était de disposer d’un équipement permettant l'élaboration de poudres d’alliages d’aluminium de manière contrôlée et flexible (granulométrie, sphéricité, etc.) et cela, avec des rendement importants (~50% de poudre de granulométrie adaptée à la FA).

L’ensemble des travaux menés par le consortium du projet (IRT M2P, Constellium) pour suivre l’investissement (construction, réception et installation) a donné lieu à la mise en service de la tour d’atomisation VIGA - Vacuum Induction melting Gas Atomization au cours de l’année 2022. Ensuite, des essais pour la mise au point d’un mode opératoire destiné à la production de poudres d’alliages standards et la définition de limites de fonctionnement ont été étudiés en 2023.

Enfin, une étude sur la passivation de l’aluminium a été menée au cours du projet ALFA afin d’obtenir des poudres suffisamment inertes, adaptées à la manipulation, le transport et le stockage en toute sécurité tout en restant compatible avec les procédés de fabrication additive (inflammabilité, coulabilité, …).

Accompagner la production « made in France » de poudres Aheadd® CP1

Depuis 5 ans, Constellium développe et commercialise Aheadd®, une nouvelle génération de poudres d'aluminium optimisées à haute performance pour la fabrication additive en réponse aux besoins actuels et futurs de tous les secteurs d’industrie : aéronautique, défense, ferroviaire, automobile et F1, pièces détachées, etc.

Exempte d’éléments volatils, de terres rares, de silicium ou de particules de céramique, la gamme Aheadd® CP1 est une solution de poudre d’aluminium-fer-zirconium qui offre une résistance et une ductilité élevées, une excellente conductivité thermique/électrique, une haute productivité lors de l’impression en LPBF (Laser Powder Bed Fusion) et un post-traitement simplifié.

Les premiers besoins industriels en poudre Aheadd® CP1 sont aujourd’hui satisfaits par un approvisionnement à l’étranger. Constellium souhaiterait améliorer la qualité de ces produits et relocaliser cette production en France, un engagement fort pour la conservation d’un savoir-faire français en matière de métallurgie des poudres, en particulier les procédés d’atomisation, filière hautement stratégique pour la défense et l'aéronautique.

Le procédé d’atomisation VIGA investi par l’IRT M2P et utilisé dans le cadre du projet ALFA est la première installation pilote en France permettant la production de poudres d'aluminium Aheadd®. Les premiers essais de prototypage de la poudre Aheadd® CP1 par VIGA menés dans le projet ALFA ont livré des résultats et réalisations très prometteurs.

Il s’agit maintenant de démontrer la robustesse et la fiabilité du procédé pour produire des poudres Aheadd® CP1 de qualité et en quantités suffisantes mais aussi d’être en mesure de réaliser l’atomisation d’autres alliages d’aluminium destinés à des applications spécifiques aux secteurs aéronautiques ou de la défense (meilleure tenue mécanique, meilleure tenue en température…).

Capitaliser pour contribuer à la souveraineté industrielle française

ALFA ayant pris fin en 2023, un projet suite démarre en ce premier trimestre 2024 pour une durée de trois ans et un budget de plus de 3 millions d’euros avec la mobilisation d’une équipe projet dédiée à l’IRT M2P. Constellium, partenaire-élaborateur du projet, apportera son expertise technologique et son savoir-faire industriel dans le cadre ce projet stratégique pour le leader mondial de la production d'aluminium à haute valeur ajoutée.

L’objectif est de poursuivre les travaux menés dans le projet AFLA pour tendre vers la création de la première filière française de poudres d’alliages d’aluminium à travers l’amélioration des performances et de la compréhension du procédé d’atomisation VIGA ainsi que le déploiement de modèles numériques fiables.

POWDIUM consistera en la fiabilisation et l’amélioration de la productivité du procédé d’atomisation VIGA pour atteindre une capacité de production de l’ordre de 20 tonnes de poudres par an à l’issue du projet. Dans ce cas, le projet s’attachera à optimiser les étapes de préparation et de maintenance ainsi qu’à l’expérimentation de solutions visant à minimiser les coûts d’exploitation de l’équipement.

L’intégration de moyens de simulation numérique, et la poursuite de l’étude paramétrique du process initiée dans le projet ALFA, permettra de déterminer l’influence des différents paramètres procédés sur la qualité des poudres obtenues (sphéricité, granulométrie...). Ainsi, il sera possible de transposer les paramètres pour fournir des poudres issues de nouveaux alliages d’aluminium à un coût maitrisé, en intégrant l’optimisation du procédé d’atomisation et le recyclage des poudres.

Les objectifs prioritaires du projet POWDIUM sont :

• D’une part, valider la poudre Aheadd® CP1 d’origine France pour des applications stratégiques, notamment via l’impression de pièces représentatives ;
• D’autre part, identifier et lever les risques d’exploitation propres à l’industrialisation du procédé d’atomisation VIGA (~300 t/an) en vue de l’éventuelle implantation d’une unité industrielle qui permettrait d’initier la production de poudre Aheadd® CP1 « made in France ».