Optimisation de matériaux pour la fabrication additive LPBF

par Gwenaëlle Chebil

Projet de thèse en Matériaux

Sous la direction de Matthieu Schneider.

Thèses en préparation à Paris, HESAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur , en partenariat avec Pimm - Laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux (laboratoire) et de École nationale supérieure d'arts et métiers (établissement de préparation de la thèse) depuis le 15-10-2019 .


  • Résumé

    Au cours du procédé LBM, les différents processus physiques mis en jeu à l'échelle de l'interaction laser – poudre – zone fondue, et les cinétiques de fusion-solidification rapide entraînent des comportements singuliers des zones fondues (instabilités diverses : éjections de métal liquide, fluctuations de ZF, Balling) combinées à des microstructures de solidification rapide quasiment hors équilibre thermodynamique. Il est pourtant difficile actuellement de prédire a priori à partir de la connaissance des propriétés thermo-physiques d'un matériau-poudre et de la zone fondue (viscosité, conductivités thermiques, tension de surface, densité = f(T)) son comportement et sa stabilité en LBM sous éclairement laser. Plus généralement, il va s'avérer nécessaire de fournir aux fabricants de poudre et aux utilisateurs de procédés de fabrication additive, des règles de choix des matériaux, permettant d'aboutir à des formulations modifiées-adaptées. Après sélection d'une ou deux familles d'alliages, les travaux porteront sur l'influence de leurs propriétés thermo-physiques sur leur comportement hydrodynamique, et sur la stabilité des différents types de poudres fondues en LBM. Des expériences de fusion instrumentée (imagerie rapide) seront réalisées sur lit de poudre (statique ou en déplacement) pour les matériaux considérés, avec des atmosphères gazeuses différentes (Ar, N2) et sous vide sur la plate-forme Digitéo à Saclay. Les différences de comportement seront corrélées aux différences de propriétés thermo-physiques disponibles dans la littérature et identifiées par des expériences tests. Il s'agira de proposer des pistes d'évolution ou des recommandations pour la définition de critères de choix pour les matériaux LBM.

  • Titre traduit

    Materials optimisation for LPBF additive manufacturing


  • Résumé

    This work will focus on the influence of the thermo-physical properties of selected alloys on their hydrodynamic behaviour, and on the stability of different type of melted powder with LBM. Instrumented fusion tests (fast imaging) will be carried out on powder bed (static or moving) for the selected materials. Various gas atmospheres will be tested (Ar, N2, vacuum) at Digitéo in Saclay. The differences of behaviour will be correlated to the ones of thermo-physical properties. The latter will be searched in the literature and identified with test experiences. The aim is to suggest some lines of evolution or recommendations to define selection criterion for LBM materials. It could provide powder suppliers and additive manufacturing processes' users with guidance in materials selection.