Le remplissage

Lors de cette phase, la poudre est amenée par un sabot d'où elle s'écoule dans la matrice sous l'effet conjugué de la gravité et de la vitesse du sabot (entre 50 et 450 mm/s et typiquement $\sim$ 100 mm/s) comme montré sur la figure (1.4.3). L'observation expérimentale réalisée par caméra numérique permet de tirer les conclusions suivantes : le mouvement d'ensemble est très similaire à une avalanche et des grains initialement voisins dans le sabot ne le seront plus nécessairement dans la matrice.

Figure: Écoulement de la poudre lors du remplissage de la matrice

La figure 1.4.3 illustre les deux mécanismes caractéristiques du remplissage observés par Cocks & al. [CDL01]. Le premier à apparaître est la vaporisation qui correspond à un ensemble de grains pratiquement sans contact pendant l'écoulement. Pour ce mécanisme, les grains suivent individuellement un parcours aérien avant de se déposer. Ce mécanisme induirait in fine une faible densité de remplissage. Le second mécanisme est l'écoulement d'ensemble d'une majeure partie du volume de poudre sous l'effet de la gravité. Ce dernier induit une densité de remplissage plus forte que le premier mécanisme. Le résultat de la combinaison de ces deux mécanismes est une hétérogénéité de la densité de remplissage au sein du volume circonscrit par les outillages. Cette hétérogénéité est d'autant plus marquée que le remplissage est rapide. Afin de réduire le temps de remplissage de la matrice et d'augmenter l'homogénéité des répartitions de densités, de nouvelles techniques sont explorées comme par exemple l'aération de la poudre dans le sabot notamment exposée par Kondoh & al. [HTU98] et Urata & al. [UTK98]. Des vibrations sont parfois appliquées à la matrice après le remplissage ce qui provoque un réarrangement. Ce phénomène de densification par vibration est propre aux matériaux pulvérulents. Il peut s'expliquer de la façon suivante : lors de l'écoulement des grains de matière, ceux-ci forment un empilement instable. Les vibrations provoquent des "petites" perturbations qui permettent d'atteindre l'état stable de l'empilement. Cet état correspond à un optimum, réduisant le volume des vides, soit une densification par réarrangement. Afin d'estimer le nombre de grains nécessaires à la fabrication d'une pièce, le calcul approximatif suivant peut être considéré. Dans le volume correspondant à un cylindre de 12 mm de diamètre et 20 mm de haut des sphères de diamètres identiques de $100 \mu m$ sont empilées. Pour remplir le volume équivalent au cylindre, un nombre de $2. 10^6$ (2 millions) de sphères est nécessaire. Ce petit calcul met en évidence le nombre particulièrement élevé de grains pour la mise en forme d'une pièce.