Simulation et modélisation du frittage sélectif par laser par la méthode des éléments finis

par Lin Dong

Thèse de doctorat en Mécanique solide et génie mécanique

Sous la direction de Saïd Ahzi.

Soutenue en 2007

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008) .

mots clés

• Frittage sélectif par laser
• Prototypage rapide
• Usinage par laser
• Frittage (métallurgie)
• Éléments finis, Méthode des
• Modèles mathématiques
• Simulation, Méthodes de

Résumé

Le frittage sélectif par laser (Selective Laser Sintering, SLS) est un des procédés les plus performants pour le prototypage rapide. Cette méthode de fabrication a été développée par le Dr. Carl Deckard à l’Université du Texas à la fin des années quatre-vingt. Dans ce procédé, des pièces tridimensionnelles sont réalisées par addition successive de couches de matériau àl’état de poudre (polymère, céramique, métal etc. ), où chaque couche est chauffée par un faisceau laser jusqu’au frittage. Dans ce travail, nous avons développé un simulateur numérique pour le procédé de frittage sélectif par laser àpartir du code commercial de calculs par éléments finis Abaqus. Le modèle comporte trois parties : optique, thermique et rhéologique. La partie optique décrit l’interaction entre le faisceau laser et la matière àfritter, la partie thermique décrit la diffusion thermique dans la matière à fritter et le milieu environnant, et la partie rhéologique concerne l’écoulement visqueux et la fusion du matériau causée par la tension surfacique. La validation du simulateur est réalisée pour différents matériaux (polymères amorphes, polymères semi-cristallins et métaux). Dans ces simulations, l’évolution de la température et de la densitédu matériau àfritter durant le procédéa étéétudiée en fonction des paramètres du procédépuis comparée à des résultats expérimentaux. Le simulateur ainsi validé peut être alors utilisé pour optimiser les paramètres du procédédans le but d’améliorer la qualitédes pièces et d’éviter la surchauffe des matériaux.

Titre traduit

Simulation and modelling of the selective laser sintering process by finite element methode

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