Spark Plasma Sintering

Tout savoir sur le procédé de spark Plasma Sintering

Qu'est-ce que le Spark Plasma Sintering (SPS) ?

Le Spark Plasma Sintering est un procédé de la métallurgie des poudres qui consiste à agglomérer des poudres sous l’effet simultané d’une forte impulsion électrique et d’une charge uniaxiale, afin d’obtenir des pièces de grande résistance et de haute densité.

Grâce à ce procédé, la densification de poudres et matériaux peut atteindre des vitesses généralement 10 à 100 fois plus élevées que celles des techniques de frittage traditionnelles.

Le Spark Plasma Sintering permet également la synthèse de matériaux massifs, innovants, originaux, à microstructures contrôlées pour des coûts modérés.

SINTERMAT industrialise ce procédé innovant et récent, aussi appelé frittage flash, frittage SPS ou FAST Sintering.

Quels sont les avantages de la technologie Spark Plasma Sintering ?

Cette technologie de rupture permet de produire des matériaux avec des microstructures sans grossissement des grains et avec un taux de densification voisin ou égal à 100 % en fonction des matériaux densifiés. Le frittage SPS rend possible la production de matériaux aux propriétés augmentées.

Caractéristiques techniques améliorées

Les matériaux ainsi fabriqués présentent des caractéristiques techniques inédites : stabilité des propriétés à chaud, meilleure résistance, meilleure densité, meilleure dureté, durée de vie allongée ou encore allègement des pièces. La stabilité et le contrôle précis des paramètres confèrent une grande fiabilité et une excellente reproductibilité des pièces.

Cycles de production rapides grâce au Spark Plasma Sintering

Le process de Spark Plasma Sintering est simple à mettre en œuvre. Quelques grammes de poudre suffisent pour avoir une idée assez précise des conditions de frittage. L'assemblage par frittage SPS de matériaux de natures différentes s'effectue sans apport ni de matière ni d'additif. Certaines pièces peuvent être produites en moins d'une heure. Contrairement aux techniques traditionnelles, les étapes de production sont réduites : pré-compaction, frittage et refroidissement. L'étape d'usinage peut être évitée en fonction de la complexité de la pièce.

Pièces aux formes complexes et au design élaboré

Le Spark Plasma Sintering fonctionne avec de nombreux types de matériaux : conducteurs, magnétiques, métaux, polymères, céramiques, composites, biomatériaux...
De plus, il permet de créer des pièces assemblant plusieurs matériaux : des composants multi-matériaux, sans apport d’additif et selon une géométrie plane ou axiale.
L'esthétique unique des pièces et les nombreuses possibilités de personnalisation et d'association offrent une créativité sans limite. Le procédé est idéal pour réaliser des pièces aux formes complexes telles que des dents, cannelures, profils et formes non axisymétriques produites directement à partir d’outils sans usinage.
Le Spark Plasma Sintering peut intervenir en post-traitement de pièces issues de la fabrication additive (impression 3D) afin d’obtenir de meilleures propriétés mécaniques.

Technologie respectueuse de l'environnement

SINTERMAT accorde une grande importance à la croissance d’une industrie plus verte en développant la conception et la production de nouvelles pièces à partir de matières industrielles ou de matières biosourcées et en optimisant la quantité de matières premières nécessaires à la production. Les cycles de chauffage et le refroidissement sont maîtrisés pour réduire l'empreinte environnementale. Le matériau obtenu redevient matière première et cela dans un cycle vertueux infini (économie circulaire, recyclage).

Comment fonctionne le procédé de frittage SPS ?

Le procédé de frittage SPS fonctionne en compactant les poudres dans un moule en graphite en leur appliquant une pression uni-axiale de l’ordre de 200 mégapascals.

Le moule et la poudre sont traversés par de très courtes impulsions de courant électrique de forte intensité. Le moule et l’échantillon peuvent atteindre des températures jusqu’à 2400°C et des rampes jusqu’à 1000°C par minute.

Sous l’effet de la pression, la matière se condense pour générer des pièces compactes nanostructurées aux caractéristiques améliorées : des matériaux augmentés.

Sintermat, entreprise leader de l’industrialisation du procédé de Spark Plasma Sintering (SPS)

SINTERMAT a été fondée en 2016 par Foad NAIMI, Docteur en Chimie-Physique de l’Université de Bourgogne dans le domaine de la technologie du Spark Plasma Sintering.

Détentrice de plusieurs brevets, SINTERMAT affiche une expertise unique en Europe en matière de frittage flash.

Comment industrialisons-nous le frittage SPS ?

Les poudres utilisées sont sélectionnées chez des fournisseurs français et européens. Cependant, SINTERMAT peut mettre en œuvre des poudres spécifiques selon les besoins de ses clients.

Grâce au Spark Plasma Sintering ou FAST Sintering, SINTERMAT transforme cette poudre en ébauches de formes diverses : disques, blocs, demi-sphères, cylindres ou cônes sans ajout de liant ou d’additif.

Grâce à son savoir-faire, SINTERMAT propose à ses clients un accompagnement complet et personnalisé. Sur la base d’un cahier des charges, l’équipe conseille ses partenaires sur une solution industrielle, sur le choix des matériaux et peut concevoir un moule sur-mesure adapté aux besoins du client.

Production en série

Sintermat ambitionne de produire des pièces en série, petite, moyenne ou grandes dans les prochaines années et ce dans tous les secteurs d’activités pour lesquels la société est déjà engagée : aéronautique, défense, outillages industriels, packaging et horlogerie. Pour cela nous prévoyons d’accroître et d’adapter nos moyens de production à court et moyen terme.

Nos machines de Spark Plasma Sintering

SINTERMAT possède un parc machines performant :

1 machine Spark Plasma Sintering Hybride : fabrication de pastilles allant d’un diamètre de 5 mm pour une épaisseur de 2 mm jusqu’au diamètre 350 mm pour une épaisseur de 80 mm.
6 machines de compression à chaud pour les matériaux naturels : conception de plaques allant jusqu’à une dimension de 350 x 350 mm pour une épaisseur allant jusqu’à 30 mm.
SINTERMAT dispose également d’un accès à 2 machines de l’Université de Bourgogne de plus petites capacités pour effectuer les études de faisabilité.

Ils nous font confiance :

Les applications possibles de cette technologie innovante

La technologie du Spark Plasma Sintering permet la production de matériaux personnalisés aux propriétés inédites.

Ces matériaux haute performance peuvent répondre à des exigences pointues de différents secteurs : aéronautique, sécurité/défense, santé, automobile ou encore énergie.

Exemple d’application : secteur de l’aéronautique et de la défense

Substitution d’un matériau de blindage pour une solution inédite à base de matériau naturel, avec les contraintes suivantes : pièces résistantes à l’impact mais allégées, valorisation d’une matière naturelle et gain économique.

Exemple d’application : secteur de l’outillage industriel

Mise au point d’un carbure de tungstène sans cobalt pour un outil coupant, présentant les avantages suivants : durée de vie augmentée et élimination d’une matière première en tension afin d’offrir un avantage concurrentiel.

Exemple d’application : secteur de l’horlogerie et de la joaillerie

Développement d’une lunette et d’une carrure de montre en céramique métal, comportant les propriétés suivantes : résistance à l’usure (dureté supérieure à celle du saphir), résistance à la corrosion (atmosphérique et saline), sans matière allergène avec un design et une esthétique inédits en termes de couleur et d’aspect.

Exemple d’application : secteur du packaging de luxe

Élaboration d’un bouchon de parfum en matière naturelle, affichant les caractéristiques suivantes : packaging sur mesure pour un produit d’exception, esthétique et design inédits (couleur, texture, aspect) en réponse à une attente consommateur.

Le Spark Plasma Sintering permet de produire des matériaux biosourcés et respectueux de l’environnement

En recyclant la matière et en valorisant les déchets, SINTERMAT s’inscrit dans une démarche d’économie circulaire et propose des solutions durables aux industriels afin de réduire leur impact environnemental.

Le process de Spark Plasma Sintering réduit de manière significative le temps de cycle et la consommation énergétique comparé au frittage traditionnel.

Temps de cycle SPS : 1/10ème du frittage traditionnel
Consommation énergétique SPS : 1/5ème à 1/3 du frittage traditionnel

La technologie du frittage SPS permet la production de pièces complexes « Near Net Shape » (au plus près de leur forme et cotes finales) avec 95 % de la matière valorisée dans le processus (réduction de la consommation de matière première).

Vous avez un projet ?

Vous souhaitez proposer des produits innovants et des matériaux uniques à vos clients ? Vous souhaitez améliorer vos pièces ? Vous souhaitez recycler vos chutes de production ? N’hésitez pas à prendre contact pour envisager un projet en frittage flash.