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EcoSwissMade - Projet PrintCell Fabrication par impression 3D d'une pile à combustible à oxyde solide

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Zryd Amédée, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: CTI

Description du projet : La HES-SO Valais, par son institut Systèmes Industriels, a été mandaté par l'entreprise Membratec SA, pour étudier la faisabilité d'une production en ligne et en milieu aqueux d'un charbon actif en poudre (CAP) très fin, à partir de charbon actif en grains commercial. De la taille des particules qui composent le CAP dépend l'efficacité de la poudre. On peut dire de manière générale que plus la taille est petite, meilleure est cette efficacité. Le prix du CAP commercialement disponible est toutefois relativement élevée par rapport au prix de charbon actif en grains de taille millimétrique (de l`ordre de 4.50 CHFr/kg vs 1.50 CHFr/kg). Il est donc intéressant de pouvoir obtenir de manière peu coûteuse du CAP de petite taille à partir de grains (ordre de grandeur de la production finale souhaitée : kg/h). Ces particules étant destinées à être utilisées ensuite en suspension dans l'eau, il serait souhaitable que le processus de production se déroule directement en milieu aqueux, ce qui le cas échéant pourrait permettre leur fabrication directement sur le lieu d'utilisation. Dans une telle approche, les risques de combustion, importants avec des particules de cette taille, seraient de plus supprimés. Une étude préliminaire effectuée à l'EMPA (Test Report No 456'461-2) a montré la faisabilité du broyage par moulin planétaire de grains en suspension dans l'éthanol pour obtenir une poudre de taille moyenne d50 de l'ordre de 1 µm. Les objectifs du projet Micro-CAP sont dès lors : 1) de faire le point par étude de la littérature, screening préliminaire des brevets et contact avec les entreprises concernées (e.g. PICA, Norit, ') sur l'état de l'art en ce qui concerne la fabrication actuelle de CAP, 2) de faire le point par étude de la littérature et screening préliminaire des brevets sur les processus de broyage permettant d'upscaler un procédé de laboratoire (coût, limitations, contraintes, '), 3) de réaliser des essais préliminaires de broyage de grains en milieu aqueux, sur tourne-jarre à basse énergie, de manière à compléter les résultats obtenus à l'EMPA et à se rendre compte des problèmes éventuels posés par la dispersion dans l'eau vs éthanol, avec détermination de la taille finale des particules par diffractométrie laser. L'objectif de taille est de d50 < 15 µm.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Rodriguez Arbaizar Mikel

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; Zryd Amédée, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 13.08.2012 - 13.08.2012

Montant global du projet: 7'500 CHF

Statut: En cours

Terminés

PIM - Moulage d'aimants permanents par injection de poudres - Contrat The Ark No 516-06

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Bidaux Jacques-Eric, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : Le but de ce projet est de réaliser intégralement par impression 3D les trois composants principaux d'une pile à combustible à oxyde solide (SOFC pour Solid Oxyde Fuel Cell) que sont la cathode, l'électrolyte et l'anode. L'ensemble de ces trois éléments est appelés PEN (Positive electrode-Electrolyte-Negative electrode). La PEN est le coeur de la pile à combustible où se déroule la réaction chimique qui, en combinant le gaz combustible à l'oxygène de l'air, fournit le courant électrique. Les composants de la PEN ont des fonctions, des morphologies et des compositions différentes mais sont tous généralement produits à partir de poudres par pressage, tape casting, sprayage ou pulvérisation cathodique. Les PEN sont ensuite empilés de manière à augmenter la puissance fournie par la SOFC. Les composants des SOFC actuellement disponibles sur le marché, sont produit séparément et à l'aide de technologies différentes, ce qui nécessite un assemblage final. Ce projet permettra d'améliorer l'efficience de ce procédé de fabrication et sa flexibilité. Des piles de tailles et donc de puissances différentes pourraient être fabriquées à l'aide de la même imprimante. Cela permettrait à un même produit d'être décliné en fonction de l'application visée. Finalement, l'impression 3D permet d'envisager des designs novateurs intégrant des fonctionnalités directement aux électrodes comme par exemple : ' de la porosité contrôlée pour augmenter la densité de puissance ' des canaux pour faire circuler les gaz consommés et produits ' des grilles de renforts pour supporter les contraintes thermiques Le projet vise à réaliser une PEN fonctionnelle par impression 3D, en un seul cycle d'impression et un seul cycle de frittage. La PEN sera testée électrochimiquement et sa puissance sera mesurée.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Gallay Steve , Bircher Fritz , Maître Gilbert , Kessler Philip , Soutrenon Mathieu , Carrie Natalia , Rodriguez Arbaizar Mikel , Rey-Mermet Samuel

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; FR - EIA - Institut IPRINT; Bidaux Jacques-Eric, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 01.04.2017 - 28.02.2019

Montant global du projet: 200'000 CHF

Statut: Terminé

Moulage par injection de poudres métalliques à l'aide de liants biosourcés

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels

Financement: The Ark Energy; YX Magnetic SA

Description du projet : Ce projet vise à développer la technologie PIM des aimants permanents du type NdFeB (néodyme-fer-bore), dont la demande est en pleine croissance. Les objectifs sont : 1. Développer des systèmes poudre-liant, des procédés de préparation de feedstock, d'injection sous champ magnétique, déliantage et frittage pour produire des aimants NdFeB par technologie PIM. 2. Maitriser les paramètres de fabrication pour l'obtention des bonnes propriétés mécaniques, préservation de la forme, reproductibilité et bonne performance magnétique pour des pièces de géométrie simple.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Carreno-Morelli Efrain , Germanier Alain , Rodriguez Arbaizar Mikel

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 20.06.2016 - 31.01.2018

Montant global du projet: 60'000 CHF

Statut: Terminé

Production d'hydrogène par energie solaire directe en utilisant des couches minces d'Hematite

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Carreno-Morelli Efrain, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : Le but de ce projet est de développer un nouveau procédé pour produire des pièces par moulage par injection de poudres métalliques, à l'aide de liants polymères biosourcés. Les domaines d'application sont l'horlogerie et l'industrie biomédicale. L'originalité du projet réside dans l'utilisation de liants écologiques pour le transport des poudres lors du moulage et pour conférer de la résistance aux corps verts. Ces liants sont retirés par la suite et ne sont donc pas présents dans les pièces frittées, qui sont faites de matériaux conventionnels. Donc, le projet ne concerne pas le développement de nouveaux matériaux mais un nouveau procédé de fabrication. Un avantage du moulage et du micromoulage des pièces net-shape est la quantité réduite de matière qui est nécessaire. Le caractère biodégradable des polymères naturels permet en plus de réduire l'impact sur l'environnement. Haute résistance à la corrosion et absence de ferromagnétisme sont d'une importance majeure dans les domaines d'application visés, Des poudres d'alliages de titane et d'acier inoxydable sans nickel seront utilisées. Les liants seront sélectionnés parmi des polymères générés par fermentation bactérienne, des gélatines d'origine végétale ou animale, de la cellulose, de l'amidon et d'autres polymères naturels. Leur capacité à conférer de la résistance aux corps verts et remplacer des liants conventionnels dérivés du pétrole sera établie. Des pièces de test seront produites et caractérisées. Des procédés récemment développés à la HES-SO Valais seront notamment utilisés: d'une part le moulage par injection d'alliages de titane à partir d'hydrures métalliques, d'autre part la biosynthèse de polyhydroxyalcanoates (PHAs) par fermentation bactérienne. La HEIA-FR contribuera dans la caractérisation, la sélection et la réutilisation des liants, plastifiants, surfactants et solvants. Le contrôle dimensionnel des pièces, l'analyse des défauts par tomographie, le bilan énergétique et l'évaluation des impacts environnementaux du procédé seront réalisés à l'HEPIA. En collaboration avec la Société Soprod SA, on produira pièce complexe des dimensions réduites pour mouvement de montre en quartz, qui permettra d'évaluer le potentiel et les limites des nouveaux feedstocks.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Dabros Michal , Micaux Fabrice , Zinn Manfred , Carreno-Morelli Efrain , Grand Pascal , Sthioul Hervé , Richard Jacques , Chappuis Thierry , Hanik Nils , Rodriguez Arbaizar Mikel

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; VS - Institut Technologies du vivant; hepia inSTI; FR - EIA - Institut ChemTech; Carreno-Morelli Efrain, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 01.10.2015 - 30.11.2017

Montant global du projet: 237'500 CHF

Statut: Terminé

Development of a high-rel low acting actuator for space applications

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : L'objectif est de mettre au point un procédé de production d'hydrogène par voie photoélectrochimique en fabricant des couches minces nanostructurés. L'énergie pour la dissociation d'eau sera fournie par le rayonnement solaire directe sans passant par l'electrolyse. Le centre de compétence en photoélectrochimie de l'EPFL (PEChouse) possède une expertise dans ce domaine et il a déjà mis au point une méthode de production de ces couches minces par voie CVD (Chemical Vapor Deposition) à pression atmosphérique (APCVD). Toutefois, les recherches n'ont pour l'instant abouti qu'à un procédé de laboratoire et les surfaces produites ne sont encore qu'à l'échelle de l'échantillon de largeur et longueur de quelques centimètres. La HES-SO Valais souhaite investiguer une nouvelle voie permettant la déposition de ces couches minces de manière stable et reproductible et se propose de développer un procédé PECVD (plasma enhanced chemical vapor déposition). Sur le conseil du PEChouse, le choix du matériau de base s'est porté sur l'hématite (Fe2O3). Dans un premier temps et avec l'aide de la HES Arc à la Chaux-de-Fonds, il s'agira d'adapter une enceinte à plasma permettant le dépôt du matériau par PECVD. Les équipements périphériques seront étudiés conjointement avec le Plasma Physics Research Center de l'EPFL. On analysera ensuite la structure micro et nanoscopique des échantillons obtenus. Dans un second temps, on déterminera les paramètres clefs du procédé afin d'améliorer le rendement de conversion eau-hydrogène, le taux de dépôt et d'agrandir le substrat. Les mesures de rendement peuvent être effectuées à l'EPFL.

, , , , , , , , , , , , , , , , , , Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé Ellert Christoph Amoos Serge Plomb Benoît Grange David Farine Brunner Sophie Cachelin Christian Pierre Fischer Fabian Cséfalvay Catherine Prieur Claudio Ramseyer Stephan Berthouzoz David Martinet David Clément Eric Vorlet Olivier Audriaz Michel Chappuis Thierry Laux Edith Mabillard Eric

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; FR - EIA - Institut ChemTech; Micro et nano systèmes; Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 01.01.2014 - 30.09.2015

Montant global du projet: 250'000 CHF

Statut: Terminé

Moulage par injection de pièces poreuses à partir de feedstocks contenant des additifs formateurs de pores

Rôle: Collaborateur/trice

Financement: Secrétariat d'état à l'éducation et à la recherche

Description du projet : Slow acting, multiple use, low mass actuators are needed for propulsion lines. Good candidates are actuators based on shape memory alloys technology. Despite their very interesting characteristics, actuators based on a Shape Memory Alloy (SMA) technologies are not extensively used because of the limitated stroke and temperature capabilities. A new concept developed by Almatech uses a CuAl-base monocrystal alloy SMA material. Cu-Al base monocrystals exhibit enhanced stroke and can work at higher temperatures than the classical NiTi alloys. The first results with Cu-Al based monocrystals supplied by a french company are very encouraging. However this supplier stopped the production. Extensive market investigations have been conducted all over the world but no alternative was found. The only ones identified are developed in the US and Russia with high level of confidentiality and high restriction for export.The project partners propose to fabricate a monocrystal Cu-Al based SMA by the Stepanov method daily used by one of the project partners and then integrate this monocrystal in an upgraded version of their current actuator.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Micaux Fabrice , Rodriguez Arbaizar Mikel , Mabillard Eric

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; Almatech; Hrand Djevahirdjian

Durée du projet: 01.11.2012 - 28.02.2014

Montant global du projet: 250'000 CHF

Statut: Terminé

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Carreno-Morelli Efrain, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : Le but de ce projet est le développement des matériaux poreux pour implants par moulage par injection des poudres (PIM). Biocompatibilité, bon accrochage et module d'élasticité comparable à l'os sont requis pour les implants permanents, pour des raisons de fonctionnalité et sécurité, ainsi que pour limiter les opérations de remplacement. Des implants en titane ou zircone poreux produits par technologie PIM peuvent satisfaire ces exigences, pourvu que le taux de porosité et la taille des pores soient appropriés pour une croissance rapide des tissus dans l'implant. À cet effet, des nouveaux feedstocks contenant des additifs formateurs de pores seront développés, pour une porosité ouverte entre 30% et 60% avec des pores de taille comprise entre 50um et 500um.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Carreno-Morelli Efrain , Rodriguez Arbaizar Mikel

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; Carreno-Morelli Efrain, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 01.03.2012 - 28.02.2013

Montant global du projet: 30'000 CHF

Statut: Terminé

2020

3D printing of titanium parts from titanium hydride powder by solvent jetting on granule beds

Article scientifique ArODES

Efraín Carreño-Morelli, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Kevin Cardoso, Anok Babu Nagaram, Hervé Girard, Samuel Rey-Mermet

International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2020, vol. 92, article no. 105276

Résumé:

Titanium parts are produced by the “Solvent on granules 3D-Printing” technique (SG-3DP). Angular Titanium Hydride powders are used. A special purpose table-top machine, designed and built in a previous development, is used to print green parts, which are subsequently debinded, dehydrided and sintered in a muffle furnace. Porous electrode plates are produced with and without hole grids. The parts exhibit good shape preservation, with open interconnected porosities between 55 and 59%. The microstructure is characterized by optical metallography and scanning electron microscopy. In addition, experimental watch cases have been successfully printed and sintered. The results show the feasibility of using hydride powder for 3D-Printing of complex parts with good shape preservation.

2017

MIM of nickel-free nitrogen strengthened austenitic stainless steel from bipolymer based feedstock

Article scientifique ArODES

Efrain Carreño-Morelli, Manfred Zinn, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard, Monica Bassas-Galia, Thierry Chappuis, Jacques Richard

Powder Injection Moulding International, 2017, vol. 11, no. 4

Résumé:

Nickel-free stainless steels are of high interest for medical and dental applications, as well as consumer goods where contact with the skin is a consideration. In this paper Prof Efraín Carreño-Morelli and colleagues from the University of Applied Sciences and Arts Western Switzerland evaluate the MIM processing of the high-nitrogen content austenitic stainless steel P558. This is processed using a novel environmentally friendly binder that incorporates a polymer produced by bacterial fermentation.

2016

Metal injection moulding of superelastic TiNi parts

Article scientifique ArODES

Jacques-Eric Bidaux, Alexandra Amherd Hidalgo, Hervé Girard, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Lionel Reynard, Jacques Chevallier, François Aeby, Jean Charles Giachetto, Efrain Carreño-Morelli

Key Engineering Materials, 2016, vol. 704, pp. 173-182

Résumé:

TiNi shape-memory properties are successfully used today for the fabrication of various technical devices. The limited machinability and high cost of TiNi encourage the use of near-net shape production techniques such as metal injection moulding. In this work TiNi alloys tensile test specimens are produced by metal injection moulding from pre-alloyed powders. A binder based on a mixture of polyethylene, paraffin wax and stearic acid is used. Parts with a density of about 96.6% of theoretical density are obtained. Scanning electron microscopy coupled with EDX measurements reveals a microstructure consisting of a TiNi matrix with small Ti4Ni2Ox and TiC inclusions. DSC and X-ray diffraction observations indicate the presence of additional Ni4Ti3 precipitates. The parts exhibit full superelasticity at room temperature even for strains of up to 4%, without the need for additional thermal post-treatments. Ultimate tensile strengths up to 980 MPa are obtained.

2014

Low elastic modulus Ti–17Nb processed by powder injection moulding and post-sintering heat treatments

Article scientifique ArODES

Jacques E. Bidaux, Richard Pasquier, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard, Efrain Carreño-Morelli

Powder Metallurgy, 2014, vol. 57, no. 5, pp. 320-323

Résumé:

Ti–Nb alloys are attractive as biomaterials because of their excellent combination of low elastic modulus, high strength, corrosion resistance and enhanced biocompatibility. The effect of a post-sintering quenching treatment on the microstructure and mechanical properties of powder injection moulded Ti–17Nb has been investigated. Tensile test specimens were produced using a feedstock based on blended elemental powders, some of which were solution-treated in the β phase field and water quenched. Both as-sintered and quenched alloys had densities 95·5% of theoretical. The as-sintered material showed an α−β structure, whereas after quenching a fully martensitic α″ structure was obtained. The modulus of elasticity of the water-quenched alloy (∼45 GPa) was about 40% lower than that of the as-sintered alloy (∼76 GPa).

Production of titanium grade 4 components by powder injection moulding of titanium hydride

Article scientifique ArODES

Efrain Carreño-Morelli, Jacques-Eric Bidaux, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard

Powder Metallurgy, 2014, vol. 57, no. 2, pp. 89-92

Résumé:

Recent developments are presented on powder injection moulding of titanium from metal hydride powders and binders composed of polyethylene, paraffin wax and stearic acid. The feasibility of using this route to process fit for purpose, complex parts is assessed. Titanium hydride offers a low cost solution compared with pure titanium powders. Feedstocks for powder injection moulding were prepared in a sigma mixer. Tensile test specimens and demonstration parts were injection moulded. Solvent debinding in heptane was followed by thermal debinding and dehydrogenation under argon. Titanium parts were sintered at 1200°C under argon. Sintered parts exhibit a linear shrinkage of about 20%, good shape preservation and reproducibility. The yield strength (519 MPa), ultimate tensile strength (666 MPa), elongation to fracture (15%) and interstitial content measured by quantitative analysis meet the requirements for titanium grade 4.

2011

Net-shape titanium grade 4 parts processed from titanium hydride powders

Article scientifique ArODES

Efrain Carreño-Morelli, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard, H. Hamdan, Jacques-Eric Bidaux

European cells and materials, 2011, vol. 22, suppl. 4, p. 33

2010

Titanium parts by powder injection moulding of TiH2-based feedstocks

Article scientifique ArODES

Efrain Carreño-Morelli, William Krstev, B. Romeira, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard, Jacques-Eric Bidaux, S. Zachmann

Powder injection moulding international, 2010, vol. 4, no. 3, pp. 60-63

Résumé:

Titanium parts have been processed from feedstocks composed of titanium hydride powders, low density polyethylene, paraffin wax and stearic acid. A two-step debinding process has been used, which consists of solvent debinding in heptane at 50°C followed by thermal debinding at 500°C. Sintering was performed at 1200°C. Both thermal debinding and sintering were performed under a protective atmosphere in a MIM furnace equipped with molybdenum heating elements and a debinding retort. Special care in powder handling, feedstock preparation, debinding and sintering atmospheres, allowed to limit the residual oxygen, nitrogen and carbon contents, which were determined by quantitative analysis. The mechanical properties of net‑shape sintered parts were measured by tensile tests. A tensile strength of 580 MPa and an elongation of 1.8% were obtained. Experimental watch bracelet segments were injection moulded, showing good shape preservation and reproducibility.

2018

Additive manufacturing of Invar parts by solvent jetting on granule beds

Conférence ArODES

Efrain Carreño-Morelli, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard

Proceedings of Euro PM2018 congress & exhibition, 14-18 October 2018, Bilbao, Spain

Résumé:

Invar Fe36Ni parts are produced by the “solvent on granule” 3D-Printing technique. Both elementary and prealloyed powders are used. A special purpose tabletopmachine, designed and built in a previous development, is used to print green parts, which are subsequently debinded and sintered in a muffle furnace. Prismatic specimens for thermal expansion tests and metallographicobservation are produced. In addition, benchmark parts are printed to test dimensional accuracy and shape preservation. The results show the feasibility of producing low thermal expansion coefficient material, which matches the target value of 1ppm/°Creported for the wrought alloy.

2016

Processing of titanium parts with optimal tensile properties by press and sintering of low cost titanium hydride

Conférence ArODES

Efrain Carreño-Morelli, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Skakti Corthay, Hervé Girard, Alexandra Amherd Hidalgo, Jacques-Eric Bidaux

Proceedings of Powder Metallurgy World Congress, World PM2016 - AM - Powder bed based technologies, 9-13 October 2016, Hamburg, Germany

Résumé:

This paper presents recent developments on press and sintering of titanium from metal hydride powder. Titanium hydride offers a low cost solution compared with pure titanium powder. Different lubricants have been used for uniaxial compaction in an electric press. Dog bone specimens for tensile tests have been pressed, dehydrided and sintered. Sintering was performed in a muffle furnace at temperatures between 1100°C to 1400°C under argon. Sintered parts exhibit a linear shrinkage of about 13%. The yield strength (575 MPa), ultimate tensile strength (704 MPa), elongation to fracture (20%) and interstitial content measured by melt extraction meet the requirements for titanium grade 4.

MIM of nitrogen-strenghtened austenitic stainless steel using biopolymer-based binder

Conférence ArODES

Efrain Carreño-Morelli, Manfred Zinn, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Monica Bassas, Hervé Girard, Thierry Chappuis, Jacques Richard

Proceedings of Powder Metallurgy World Congress, World PM2016 - AM - Powder bed based technologies, 9-13 October 2016, Hamburg, Germany

Résumé:

High-nitrogen content austenitic stainless steel parts have been processed by injection moulding of a novel feedstock composed of gas atomized P558 stainless steel powder and biopolymer-based binder. The binder formulation consists of polyhydroxyalkanoate backbone polymer produced by bacterial fermentation, filler wax and surfactant. The solids loading was 60 vol.%. Tensile test specimens were injection moulded, debinded and sintered at 1270°C under nitrogen. The microstructure was characterized by metallographic observation, X-ray diffraction and X-ray computer tomography. Yield stress of 600 MPa, ultimate tensile strength of 900 MPa were achieved, meeting the reference values of the wrought alloy.

Powder injection moulding of low modulus Ti-13Nb-13Zr for implant application

Conférence ArODES

Jacques-Eric Bidaux, F. Comby, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard, Efrain Carreño-Morelli

Proceedings of Powder Metallurgy World Congress, World PM2016 - AM - Powder bed based technologies, 9-13 October 2016, Hamburg, Germany

Résumé:

Ti-13Nb-13Zr is a low modulus near-β titanium alloy developed for surgical implants. In this work, the possibility of producing Ti-13Nb-13Zr parts by metal injection moulding is evaluated. Tensile test specimens are injection moulded using a feedstock based on elemental powders, then debinded and sintered. In an attempt to further decrease the elastic modulus, additional quenching and ageing post-treatments are applied. The as-sintered material shows a density of 96.5%, an elastic modulus of 85 MPa and a yield strength of 842 MPa. Subsequent water quenching from the β phase allows decreasing the elastic modulus to 58 GPa while retaining a good strength, 684 MPa. Further aging for 4 h at 500°C leads to the highest strength, 951 MPa, but the elastic modulus, 79 GPa, is practically unchanged compared to the as-sintered material. The microstructures before and after thermal treatment are analysed by using scanning electron microscopy and X-ray diffraction.

Processing Of Titanium Parts With Optimal Tensile Properties By Press And Sintering Of Low Cost Titanium Hydride

Conférence

Girard Hervé, Carreno-Morelli Efrain, Rodriguez Arbaizar Mikel, Corthay Shakti, Amherd Hidalgo Alexandra, Bidaux Jacques-Eric

Powder Metallurgy World Congress WorldPM2016, 09.10.2016 - 13.10.2016, Hambourg, Germany

Development and testing of a high-precision position and attitude measuring system for a space mechanism

Conférence ArODES

Gabriel Paciotti, Jacques-Eric Bidaux, Hervé Girard, Fabrice Rottmeier, Luc Blecha

Proceedings of the 43rd Aerospace Mechanisms Symposium, 4-6 May 2016, Santa Clara, CA, USA

Résumé:

Pyrovalves, i.e., valves actuated by a pyrotechnical device, are very often used in space propulsion systems for their fast response, high reliability, low mass and low cost. However, they are hazardous and single use items. Their operation induces shocks and can generate contaminants. If a slower actuation is required or possible, shape memory-based actuators avoid the generation of shocks and contaminants while being fully resettable and non-hazardous devices. The goal of this project was to develop a bi-stable Shape Memory Alloy (SMA) actuator for a specific Slow Acting Latch Valve with long life capability. The benefits of this actuator makes it interesting not only for valve actuation but also for any device that has to be actuated in a smooth and reliable way. This paper presents the development of a bi-stable actuator based on high temperature shape memory alloys.

Development and testing of a bi-stable actuator based on a high transition temperature shape memory alloy

Conférence ArODES

Gabriel Paciotti, Jacques-Eric Bidaux, Hervé Girard, Fabrice Rottmeier, Luc Blecha

Proceedings of the 43rd Aerospace Mechanisms Symposium

Résumé:

Development and Testing of a Bi-Stable Actuator based on a High Transition Temperature Shape Memory Alloy

Conférence

Girard Hervé, Bidaux Jacques-Eric, Paciotti Gabriel, Blecha Luc, Rottmeier Fabrice

Proceedings of the 43nd Aerospace Mechanisms Symposium, NASA Ames Research Center, 04.05.2016 - 06.05.2016, Santa Clara, California

Résumé:

2015

Dense and porous materials processed from low cost titanium hydride powder

Conférence

Girard Hervé, Carreno-Morelli Efrain, Rodriguez Arbaizar Mikel, Corthay Shakti, Amherd Hidalgo Alexandra, Bidaux Jacques-Eric

FIMPART'15, 12.06.2015 - 15.06.2015, Hyderabad, India

Metal injection moulding of superelastic NiTi parts

Conférence

Girard Hervé, Carreno-Morelli Efrain, Rodriguez Arbaizar Mikel, Reynard Lionel, Chevallier Jacques, Amherd Hidalgo Alexandra, Giachetto Jean-Charles

PM Titanium 2015, 30.05.2015 - 03.09.2015, Lüneburg, Germany

2014

Low elastic modulus Ti-17Nb processed by powder injection moulding and post-sintering heat treatments

Conférence

Girard Hervé, Bidaux Jacques-Eric, Carreno-Morelli Efrain, Rodriguez Arbaizar Mikel, Pasquier Romain

Euro PM2014, 21.07.2014 - 24.09.2014, Salzburg, Austria

2012

Fe2.7Si, Fe50Ni and Fe50Co Soft Ferromagnetic Materials by Powder Injection Moulding

Conférence

Girard Hervé, Carreno-Morelli Efrain, Rodriguez Arbaizar Mikel, Herzog Raoul, Hamdam Hussein

Powder Metallurgy World Congress PM2012, 14.10.2012 - 18.10.2012, Yokohama, Japan

Powder Injection Moulding of Structured Anode-supported Solid Oxide Fuel Cell

Conférence

Girard Hervé, Faes Antonin, Vuillemin Zacharie, Zryd Amédée, Carreno-Morelli Efrain, Van Herle Jan

10th European SOFC Forum, 29.06.2012 - 29.06.2012, Lucerne, Suisse

Résumé:

Power Injection Molding (PIM) gives the possibility to produce ceramic parts with fine details at an industrial rate. It is thus one possible approach to reduce the fabrication costs of Solid Oxide Fuel Cells (SOFC). This work presents fabrication and electrochemical characterization results of injection-molded structured anode-supported SOFCs.

Planar anode-supported SOFC with fine details have been produced by injection molding of nickel oxide (NiO) and yttria-stabilized zirconia (YSZ). The fine details will ensure a good gas transport on the fuel side. After YSZ electrolyte deposition using spin coating process, the half cell is co-sintered. Electrochemical test is done with a lanthanum-strontium manganite (LSM)-YSZ cathode. The performance of the cell is comparable to previous anode-support at 0.45 W cm-2 at 0.6 V and 810°C. Long term galvanostatic test shows a degradation rate of about 1.1 % per 1000 h. Electrical impedance spectroscopy (EIS) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) conclude on cathode degradation due to Cr and S poisoning.

This paper is the first published electrochemical test of an SOFC produced via powder injection molding (PIM) process. These first results are very promising for using PIM fabrication process in the SOFC field.

2011

Tape casting of porous titanium thin sheets from titanium hydride

Conférence ArODES

Jacques-Eric Bidaux, J. Garcia-Gomez, H. Hamdan, D. Zufferey, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Hervé Girard, Efrain Carreño-Morelli

Proc. of European Powder Metallurgy Conference Euro PM2011, 9-12 October 2011, Barcelona, Spain

Résumé:

Titanium thin sheets have been fabricated by tape casting using slurries based on titanium hydride powder. Titanium hydride is attractive because of its reduced cost with respect to pure titanium. Sheets of various thicknesses were tape cast, debinded, dehydrided and sintered. Porous sheets with even surfaces were obtained. Scanning electron microscopy observations of the polished crosssections showed fine and uniformly distributed pores. Tensile strengths of up to 320 MPa have been obtained for sheets with densities close to 75% of theoretical density.

Powder injection moulding of functional ceramic components for solid oxide fuel cells

Conférence ArODES

Amédée Zryd, Hervé Girard, Antonin Faes, Efrain Carreño-Morelli

Proc. of European Powder Metallurgy Conference Euro PM2011, 9-12 October 2011, Barcelona, Spain

Résumé:

Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) are a promising technology for high efficiency energy conversion. Powder injection moulding (PIM) is a possible approach to reduce the fabrication costs of SOFC. Components in the form of bars and disks with an intricate pattern of small details have been produced by injection moulding of nickel oxide (NiO) and yttria-stabilised zirconia (YSZ). Their residual porosity after sintering and after reduction has been characterised, as a function of sintering parameters. In addition, their thermal behavior and electrical properties have been analysed.

2009

Tape casting of copper based shape-memory alloys

Conférence ArODES

Jacques-Eric Bidaux, Hervé Girard, V. Sonney, H. Hamdan, Samuel Rey-Mermet, Efrain Carreño-Morelli

Proceedings of European Powder Metallurgy Conference, Euro PM2009, 12-14 October 2009, Copenhagen, Denmark