Materials Frontier | Ligne pilote de R&D de coulée continue horizontale à l'échelle de 2 tonnes métriques désormais opérationnelle : mise en évidence de la nécessité et de la valeur professionnelle de la validation à l'échelle pilote

Récemment, la ligne pilote de R&D de coulée continue horizontale à l'échelle de 2 tonnes métriques de l'Institut de recherche sur les matériaux en alliage de Xinbo a achevé avec succès l'installation, la mise en service et la validation de la production d'essai, marquant ainsi sa transition officielle vers le service opérationnel.

Dans le domaine de la recherche et du développement des alliages d'aluminium de pointe, les formulations de laboratoire ne constituent que le point de départ. Avant qu'un nouveau matériau puisse être intégré à une gamme de produits, il doit franchir plusieurs étapes critiques, notamment la production d'échantillons, la validation à l'échelle pilote, l'optimisation du procédé de fabrication et les procédés de fabrication ultérieurs.

Pour de nombreux projets de développement de matériaux, le défi ne réside pas seulement dans la possibilité de produire un matériau avec succès, mais aussi dans sa capacité à être produit de manière constante, à être industrialisé efficacement et à maintenir des performances stables dans des environnements de production réels.

C’est précisément là que réside la valeur des plateformes de tests à l’échelle pilote.

Capacité de production d'alliages d'aluminium multigrades permettant une R&D personnalisée et différenciée

La nouvelle ligne pilote de R&D de coulée continue horizontale d'une capacité de 2 tonnes, récemment mise en service, est principalement conçue pour répondre aux besoins de développement des alliages d'aluminium destinés aux industries émergentes telles que les véhicules à énergies nouvelles, les technologies photovoltaïques, les équipements de pointe et la robotique industrielle. Cette ligne permet la réalisation d'essais à petite échelle, le développement d'alliages multigrades, la validation de compositions différenciées et l'itération rapide des procédés, offrant ainsi une plateforme flexible pour accélérer l'innovation dans le domaine des matériaux avancés.

Un contrôle précis de la composition est essentiel à la performance des matériaux.

La ligne de production est équipée d'un four de fusion par induction de 2 tonnes et d'un système de maintien en température, permettant une transition fluide entre différents alliages d'aluminium, notamment à base d'aluminium, Al-Mg et Al-Cu. Le système atteint une précision d'alliage de ±0,01 %, assurant un contrôle précis de la composition du matériau. Pour le développement d'alliages sur mesure, plus la précision du contrôle de la composition est élevée, plus les étapes ultérieures de vérification et d'optimisation des performances seront solides.

Une microstructure plus dense de l'ébauche de coulée améliore la stabilité du matériau à la source

Lors du processus de coulée, la ligne de production est équipée d'un répartiteur étanche relié directement au cristalliseur, associé à un revêtement en graphite de haute pureté et à une cristallisation par refroidissement à gradient multi-étapes. Ces technologies contribuent à stabiliser l'écoulement du métal en fusion et la solidification, améliorant ainsi la microstructure de la billette coulée et renforçant sa densité et la qualité de sa surface.

Pour la R&D des matériaux, cette étape aborde les fondements essentiels : garantir un contrôle précis de la composition, une qualité stable des billettes coulées et des échantillons fiables pour la validation ultérieure des performances.

Des essais à petite échelle définissent la direction, tandis que la validation à l'échelle pilote vérifie la stabilité

Les échantillons de laboratoire peuvent orienter le développement des matériaux, mais la véritable mesure de leur potentiel d'application réside dans leur stabilité après transposition à l'échelle industrielle. Comblant le fossé entre la recherche en laboratoire et la production de masse, la ligne pilote de R&D de coulée continue horizontale d'une capacité de 2 tonnes permet des essais à petite échelle et des tests de production à échelle intermédiaire, fournissant ainsi des données pratiques pour l'optimisation des matériaux et leur validation finale.

Contrôle intelligent en boucle fermée permettant l'optimisation des données de processus

La ligne de production est équipée d'un système de servocommande en boucle fermée à automate programmable industriel intelligent, permettant un contrôle précis de la température de fusion à ±1 °C et un réglage précis de la vitesse de coulée entre 0,5 et 200 mm/min. Les données clés du processus générées pendant la production sont automatiquement enregistrées et conservées, facilitant ainsi l'optimisation ultérieure de la formulation de l'alliage, l'analyse des paramètres et l'itération du processus.

Passer d'une évaluation basée sur les résultats à une optimisation basée sur les règles

Cela signifie que le développement des matériaux ne se résume plus à un simple processus de « test unique et de vérification du résultat ». Il peut désormais construire une boucle de données plus systématique en explorant les relations entre la composition, la température, la vitesse de coulée, la structure et les propriétés du matériau.

L'assurance qualité a été déplacée en amont afin de réduire les risques liés au traitement en aval.

La valeur des alliages d'aluminium se reflète en définitive dans leurs applications finales. Si la microstructure de la billette coulée est instable ou si la teneur en gaz n'est pas correctement maîtrisée, les procédés ultérieurs tels que l'extrusion, la transformation et les essais peuvent être affectés. Par conséquent, la validation à l'échelle pilote ne vise pas seulement à vérifier la faisabilité de la formulation de l'alliage, mais aussi à garantir que le matériau répond aux exigences des technologies de transformation ultérieures.

La purification du métal en fusion améliore la fiabilité des ébauches de coulée

Grâce à la purification du métal en fusion et à des procédés de coulée continue stables, la ligne de production permet d'atteindre une teneur minimale en hydrogène de 0,12 ml/100 g dans les alliages d'aluminium. Ceci contribue à réduire les risques de défauts tels que la porosité et le retrait, garantissant ainsi une extrusion optimale, un usinage de précision et une qualité constante des produits finis.

Coulée continue horizontale conciliant sécurité et production écologique

Parallèlement, le procédé de coulée continue horizontale élimine le besoin d'infrastructures de puits profonds, réduisant ainsi les risques pour la sécurité liés à la coulée traditionnelle en puits profonds à la source. Doté d'un système de traitement des fumées en circuit fermé, le processus de R&D et de production pilote répond également mieux aux exigences de la production durable.

Essai à l'échelle pilote faisant le lien entre la recherche en laboratoire et la production industrielle

L'essai pilote ne constitue pas la fin de la R&D, mais un maillon essentiel reliant la recherche en laboratoire à la production industrielle. Grâce à sa ligne pilote de R&D de coulée continue horizontale d'une capacité de 2 tonnes, l'Institut de recherche sur les matériaux en alliage de Xinbo poursuivra le développement et la validation des procédés de fabrication d'alliages d'aluminium haute performance destinés à des applications telles que les composants structurels de véhicules à énergies nouvelles, les profilés photovoltaïques et les équipements haut de gamme.

Intégrer les capacités de production pour accélérer la transposition des résultats de la R&D en applications

Parallèlement, la plateforme peut être intégrée aux capacités de fabrication existantes de Xinbo, notamment l'extrusion de profilés et l'usinage de précision en profondeur, permettant une synergie entre le développement des matériaux, la validation des échantillons, l'adaptation des processus et la fabrication ultérieure.

Passer de la validation des matériaux aux applications produits

Cela permet au développement des matériaux d'aller au-delà de la recherche en laboratoire et de progresser plus rapidement vers la validation des produits, l'intégration des procédés et l'application à l'échelle industrielle.

Actuellement, l'Institut de recherche exploite cette plateforme pour collaborer avec plusieurs universités de premier plan en Chine, notamment l'Université centrale du Sud et l'Université de technologie de Hefei, en menant des projets de R&D dans des domaines tels que les véhicules à énergies nouvelles, la robotique et l'aviation à basse altitude.

À l'avenir, l'Institut de recherche de Xinbo exploitera davantage cette plateforme pour proposer aux partenaires industriels de la région du delta du Yangtsé des services de développement de matériaux en alliage d'aluminium sur mesure, d'essais de prototypes de nouveaux produits, de validation de formulations d'alliages multigrades, d'optimisation des procédés et d'essais des propriétés des matériaux. Ce faisant, il vise à accélérer le passage des solutions matérielles des laboratoires aux lignes de production, et de l'échantillon à l'application.

Parallèlement, grâce à cette plateforme, l'Institut de recherche de Xinbo offrira aux partenaires de la chaîne industrielle une gamme de services, notamment la R&D personnalisée de matériaux en alliage d'aluminium, la production pilote de nouveaux échantillons, la vérification de formulations multigrades, l'optimisation des procédés et les tests de performance des matériaux. Si votre entreprise a des besoins en matière de développement de nouveaux matériaux en alliage d'aluminium, de production pilote ou de validation d'applications, nous vous invitons à contacter l'Institut de recherche sur les matériaux en alliage de Xinbo.