Trois décennies de R&D pour aboutir à l'industrialisation de son procédé de production de micro-pièces en métaux amorphes. Vulkam a annoncé lundi 15 janvier une levée de fonds de 34 millions d'euros, avec le fonds SPI 2 (Sociétés de Projets Industriels) et Bpifrance, qui doit lui permettre de construire sa première usine. Émanation du laboratoire SIMAP (Science et Ingénierie de Matériaux et Procédés) à Grenoble, la start-up entend se faire une place de choix dans la métallurgie avec ses métaux affichant une robustesse « au moins deux fois supérieure par rapport aux matériaux conventionnels », selon son fondateur et PDG Sébastien Gravier.
Fondée en 2017, Vulkam a développé, et breveté, un procédé de production de pièces en métaux amorphes par thermomoulage de haute précision. Baptisés « Vulkalloys », ces alliages métalliques se distinguent par leur structure atomique désordonnée, en contraste avec la structure cristalline des métaux, où les atomes sont positionnés en un réseau 3D ordonné.
Double avantage de l'état amorphe
L'agencement aléatoire des atomes dans cet état amorphe confère deux avantages notables. D'une part, sur le plan des procédés de fabrication, la structure amorphe autorise le moulage de pièces d'une complexité géométrique exceptionnelle avec une précision inégalée. « À la sortie du moule, les pièces sont achevées et immédiatement utilisables, une caractéristique absente dans le moulage traditionnel des métaux », souligne le PDG. D'autre part, les propriétés mécaniques de ces métaux amorphes se voient amplifiées, que ce soit en termes de résistance, de capacité de déformation, ou d'élasticité.
Grâce à son procédé de production qui s'apparente à l'injection plastique ou à la fonderie sous pression, la start-up peut fabriquer directement des pièces d'une précision de quelques micromètres sans nécessiter d'opérations d'usinage supplémentaires, réduisant ainsi les déchets.
Un processus s'étalant en deux étapes
Pour parvenir à cette production, la start-up a levé différents verrous dans ses locaux installés à Giers. « Ces métaux sont très réactifs à l’état liquide à haute température, commente Sébastien Gravier. Des défis techniques ont dû être surmontés, particulièrement la maîtrise du procédé lors de la transition de l'état liquide à l'état solide par refroidissement du produit en moins d'une seconde ». Vulkam a d'abord créé une première machine pour la fabrication de l'alliage primaire qui se présente sous la forme de petites billes. Dans cet appareil, les alliages à base de niobium, de zirconium, de cuivre, de nickel ou de palladium sont montés en température jusqu'à la fusion, et mélangés dans un environnement propre. « Chaque alliage utilisé est un élément principal auquel nous ajoutons des constituants supplémentaires pour obtenir les propriétés recherchées par les clients », précise-t-il.
Ces billes sont ensuite transformées en pièces finales grâce à une seconde machine de thermomoulage fonctionnant intégralement sous vide secondaire. Ce dernier aspect, en limitant la présence d'oxygène, garantit la production de pièces de haute qualité, sans défaut et sans perte de matière. Durant cette étape, les billes sont fondues à environ 1000°C puis sont injectées dans un moule métallique. C'est à ce moment que la structure amorphe est obtenue, grâce au refroidissement par le contact du métal liquide avec le moule métallique. « Le passage rapide de l'état liquide à l'état solide se déroule à une vitesse d'environ 100 degrés par seconde qui empêche les atomes de s'organiser », apprend-on.
Vers une production de 2 millions de micro-pièces
Fort de son savoir-faire, Vulkam peut exploiter une vaste gamme de matières premières pour optimiser les propriétés des pièces selon les exigences de ses clients, notamment dans le domaine de l'horlogerie de luxe. La société fabrique par exemple des pièces de mouvement horloger extrêmement fines, qui ne mesurent que quelques millimètres de diamètre et dixièmes de millimètre d'épaisseur. En sortie de moule, la société annonce obtenir une précision de plus ou moins trois microns, offrant des pièces qui « sont trois fois plus résistantes à l'usure liée aux frottements et aux aspects de tribologie, tout en étant deux fois plus flexibles dans le cas de mécanismes déformables ».
Actuellement capable de produire 70 000 pièces par an, Vulkam mettra sa levée de fonds au service d'une expansion significative pour atteindre la production de 2 millions de pièces par an dès 2025. Une partie de ce financement, soit 15 millions d'euros, servira à la construction de son premier site industriel de 3000 m² au Versoud, en Isère, qui permettra à l'entreprise de monter en puissance pour atteindre progressivement une production de 4 millions de pièces, destinées principalement aux secteurs de l'horlogerie, du médical, de l'aérospatial et des transports. « Nous avons commencé avec de petites pièces, mais notre orientation en recherche et développement se tournera vers l'accroissement progressif des volumes et des dimensions pour couvrir divers secteurs », glisse le fondateur.
