Metal Injection Molding Development: Modeling and Numerical Simulation of Injection with Experimental Validation

Le moulage par injection de métal en poudre (MIM) est un nouveau procédé de fabrication prometteur dans le domaine de l'aéronautique. Le MIM permet de réduire les coûts de fabrication en éliminant la majorité des opérations d'usinage tout en conférant aux matériaux de bonnes propriétés mécaniques. Pratt & Whitney Canada (P&WC) développe ce procédé afin de fabriquer des pièces MIM pour les moteurs à turbine. Ce procédé comporte plusieurs étapes. Une de celles‐ci consiste à créer une géométrie par l'injection d'un mélange de poudres métalliques et d'un liant dans un moule. Une bonne maîtrise de cette étape est cruciale afin de produire des pièces sans défaut. Afin de diminuer le nombre de rejets et mieux comprendre l'injection, l'utilisation d'un outil de simulation numérique est idéale. Le but de ce projet est donc d'identifier un outil de simulation numérique qui pourra simuler précisément l'étape d'injection du procédé MIM de P&WC. Les propriétés du mélange nécessaires pour la simulation ont été mesurées expérimentalement. Ensuite, plusieurs séries d'injection à l'aide d'un moule instrumenté et d'une caméra haute vitesse ont permis d'obtenir les données expérimentales nécessaires pour la validation de la simulation. Finalement, à l'aide de Plasview3D, des simulations ont été exécutées avec les propriétés expérimentales du mélange. Les résultats obtenus sous‐estiment grandement le temps de remplissage, mais les profils de pression calculés sont similaires à ceux acquis avec le moule instrumenté. Grâce à une analyse de sensibilité, le modèle de viscosité a été identifié comme une des causes potentielles pour expliquer les écarts observés. En modifiant le niveau de viscosité du modèle par un facteur de 2.5 pour toutes les vitesses de cisaillement, les résultats de la simulation corrèlent bien les résultats expérimentaux obtenus avec deux moules différents. La condition d'entrée a aussi été étudiée et une solution a été proposée afin d'obtenir des résultats plus fidèles. En conclusion, l'utilisation de Plasview3D a démontré que la simulation de l'injection est possible pour le procédé MIM de P&WC. Cependant, davantage de travaux de caractérisation du mélange, surtout au niveau rhéologique, seront requis afin d'obtenir des résultats précis de simulation.