Simulation numérique et étude expérimentale du déliantage thermique par mèche utilisé dans le procédé d’injection de poudres métalliques à basse pression

Turki, Mohamed Amine (2025). Simulation numérique et étude expérimentale du déliantage thermique par mèche utilisé dans le procédé d’injection de poudres métalliques à basse pression. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire porte sur l’étude du déliantage thermique par mèche appliqué aux pièces obtenues par moulage par injection de poudre à basse pression (LPIM). L’objectif principal est de développer un modèle numérique permettant de simuler l’évolution de la saturation en liant lors de l’extraction thermique, en tenant compte des propriétés des matériaux impliqués.

Le mélange utilisé est composé de 60 % en volume de poudre inoxydable 17-4PH et d’un système de liant à base de cire de paraffine. Ce liant contient 1 vol. % d’acide stéarique (agent tensioactif), 2 vol. % d’éthylène-acétate de vinyle (agent épaississant) et 7 vol. % de cire de carnauba (agent de rétrécissement), le reste étant de la cire de paraffine. Cette formulation assure une bonne injectabilité des pièces.

Un protocole de déliantage thermique par mèche a été appliqué dans une fournaise à convection forcée, à des températures de 75, 90 et 100 °C, avec des temps de maintien compris entre 1 h et 5 h. L’absorbant utilisé est une poudre d’alumine compacte, positionnée au contact de la pièce pour initier l’extraction capillaire du liant.

Un modèle numérique a été mis en oeuvre sous COMSOL Multiphysics pour décrire le transport du liant liquide dans le réseau poreux de la pièce. Les propriétés physiques des matériaux, telles que la perméabilité et la porosité, ont été déterminées par traitement d’images à l’aide du logiciel Fiji ImageJ. Les résultats de simulation ont été comparés aux observations expérimentales afin de valider la pertinence du modèle proposé.

Titre traduit

Numerical simulation and experimental study of thermal wick debinding used in the powder injection process

Résumé traduit

This thesis focuses on the study of thermal wick debinding applied to parts produced by lowpressure powder injection molding (LPIM). The main objective is to develop a numerical model capable of simulating the evolution of binder saturation during thermal extraction, while accounting for the physical properties of the materials involved.

The injected feedstock consists of 60 vol.% of 17-4PH stainless steel powder and a binder system based on paraffin wax. This binder formulation includes 1 vol.% stearic acid (surfactant), 2 vol.% ethylene-vinyl acetate (thickening agent), and 7 vol.% carnauba wax (shrinkage control agent), with the remainder being paraffin wax. This composition ensures adequate flowability for mold filling.

Thermal wick debinding was carried out in a forced convection furnace at temperatures of 75, 90, and 100 °C, with holding times ranging from 1 to 5 hours. The wicking medium used was a compacted alumina powder, placed in contact with the parts to initiate capillary-driven binder extraction.

A numerical model was developed using COMSOL Multiphysics to simulate liquid binder transport through the porous network of the molded parts. The permeability and porosity of the materials, including the wicking medium, were determined using image analysis performed with Fiji ImageJ. The simulation results were compared with experimental observations to validate the proposed model.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 131-138).
Mots-clés libres:	moulage par injection à basse pression (LPIM), déliantage thermique par mèche, transport capillaire, simulation numérique, COMSOL Multiphysics, élimination du liant, acier inoxydable 17-4PH
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Demers, Vincent
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	17 sept. 2025 15:49
Dernière modification:	17 sept. 2025 15:49
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3687

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