Projet ANR-11-EMMA-0040 – FAMOµS : Fabrication de micro-pièces complexes en verres métalliques
Programme : Emergence de produits, technologies, ou services à fort potentiel de valorisation (Emergence)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Jacques Blandin (UNIVERSITE GRENOBLE I [Joseph Fourier])
Partenaires : Sciences et Ingénierie, des Matériaux et Procédés; Sciences et Ingénierie, des Matériaux et Procédés
Montant : 266909.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 24 mois
Résumé : Injection de micro-pièces métalliques pour la micro-mécanique et l’horlogerieLa fabrication de pièces métalliques 3D de taille sub-millimétrique pose des problèmes majeurs alors que la miniaturisation les rend de plus en plus nécessaires. Nous proposons une technique inédite d’injection basée sur les propriétés de mise en forme par injection d’Alliages Métalliques Amorphes (AMA)
Miniaturisation de pièces fonctionnelles métalliquesLa course à la miniaturisation des systèmes constitue un enjeu technologique, industriel et commercial indéniable, intéressant en premier lieu le secteur de la microélectronique, mais aussi tous les secteurs faisant usage de systèmes électroniques ou utilisant des micro-mécanismes. La fabrication de pièces de petites tailles, de volumes de l’ordre de 1 mm3, avec des surfaces présentant éventuellement un relief fonctionnel, est particulièrement importante dans des secteurs tels que l’horlogerie, le matériel médical de chirurgie non invasive, les micro-dispositifs de commande ou d’analyse, les microréacteurs chimiques, etc. Si la fabrication de telles micro-pièces est bien maîtrisée dans le cas des matériaux polymères, grâce aux techniques de micro-injection plastique ou de micro/nano impression, leur fabrication en alliages métalliques est limitée, en particulier dans le cas de pièces  complexes et pose également des problèmes de respect des dimensions. Cette limitation est liée à la microstructure cristalline des alliages métalliques conventionnels qui restreint, en particulier, leur capacité de mise en forme. Nous proposons d’utiliser des Alliages Métalliques Amorphes pour obtenir des capacités de fabrication proches de celles des polymères. Compte tenu du potentiel économique de cette technologie de rupture, la création d’une start-up est fortement pressentie.
Fabrication et mise en formeCe projet a le double objectif de fabriquer les alliages appropriés puis de les mettre en forme.La fabrication d’alliages métalliques amorphes massifs est une technique sensible mais maitrisée depuis 25 ans environs. L’utilisation de ces matériaux au niveau industriel est cependant très limitée alors que leurs propriétés d’usage, en particulier mécaniques, sont exceptionnelles. Cette contradiction peut être expliquée par la difficulté à fabriquer ces matériaux en grandes quantités. Ce projet a pour premier objectif de développer une technique de fabrication d’alliages métalliques amorphes qui s’affranchit de cette limite à l’aide d’un dispositif inédit.L’autre intérêt de ces matériaux, en plus de leurs propriétés d’usage, est qu’ils présentent une température au-dessus de laquelle ils présentent une viscosité suffisamment faible pour être mis en forme. Cette propriété, similaire à celle utilisée par les souffleurs de verres, ouvre la voie à une technique de mise en forme de ces matériaux par injection. Une fois encore, les capacités d’injection des alliages métalliques amorphes ont déjà été démontrées mais des difficultés liées aux températures de mise en forme, au mauvais écoulement de ces matériaux et à leur instabilité durant la mise en forme rend, encore une fois, l’industrialisation difficile. Ce projet propose également un dispositif de fabrication permettant de franchir ces problèmes et d’obtenir des pièces à un cout et à des cadences compatibles avec leur industrialisation.
Résumé de la soumission : La course à la miniaturisation des systèmes constitue un enjeu technologique, industriel et commercial indéniable, intéressant en premier lieu le secteur de la microélectronique, mais aussi tous les secteurs faisant usage de systèmes électroniques ou utilisant des micro-mécanismes. La fabrication de pièces de petites tailles, de volumes de l’ordre de 1 mm3, avec des surfaces présentant éventuellement un relief fonctionnel, est particulièrement importante dans des secteurs tels que l’horlogerie, le matériel médical de chirurgie non invasive, les micro-dispositifs de commande ou d’analyse, les microréacteurs chimiques, etc. Si la fabrication de telles micro-pièces est bien maîtrisée dans le cas des matériaux polymères, grâce aux techniques de micro-injection plastique ou de micro/nano impression, leur fabrication en matériaux métalliques est limitée, en particulier dans le cas de pièces  complexes et pose également des problèmes de respect des côtes. Cette limitation est liée à la microstructure cristalline des alliages métalliques conventionnels qui restreint, en particulier, leur capacité de mise en forme. Nous proposons d’utiliser des alliages métalliques amorphes (ou « verres métalliques ») pour obtenir des capacités de fabrication proches de celles des polymères.Le projet FAMOµS propose une solution inédite permettant de fabriquer des micro-pièces complexes en verres métalliques ayant des volumes de l’ordre de 1 mm3, des formes pouvant présenter localement des dimensions de l’ordre de 10 µm et des qualités de surface (voir des reliefs fonctionnels de surface) maîtrisées à 1 µm près.Compte tenu du potentiel économique de cette technologie de rupture, qui ouvre la voie à l’industrialisation des verres métalliques, jusqu’ici principalement objet de recherche, la création d’une start-up est fortement pressentie.
Résultats : La presse de mise en forme ainsi qu’un premier prototype de fabrication d’alliages métalliques amorphes approprié aux objectifs ont été conçus et fabriqués. Leur mise en place est en cours et ils devraient être opérationnels pour les premiers essais début 2013.
Perspectives : Ce projet a pour vocation d’ouvrir la voie à la fabrication en série de micro-pièces métalliques complexes. La technique inédite de fabrication de ces pièces permet d’envisager la création d’une startup industrielle.
Publications et brevets : Deux brevets sont en cours de dépôts concernant ce projet.
Le premier protège le dispositif de fabrication d’alliage métallique amorphe alors que le deuxième protège une des phases essentielle de la mise en forme à chaud de ces alliages.