Application des dispositifs de diagnostic optique multi-spectraux dans les procédés de fabrication additive : fusion sélective par laser et projection laser coaxiale.

Application of optical multi spectral diagnostic tools for additive manufacturing processes: selective laser melting and coaxial laser cladding

• Auteur / Autrice : Mikhail Pavlov
• Direction : Igor Smurov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingénierie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne ; 1961-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frittage (métallurgie)

Usinage par laser

Dépôts physiques

Revêtement de surface

Métaux -- Surfaces

Surfaces (technologie)

Thèses et écrits académiques

Lasers -- Matériaux

Résumé

The manuscript contains four chapters including a general introduction presenting the optical diagnostics, followed by a chapter on the application of the selective laser melting and two chapters on a process of laser cladding. Chapter 1 is an introduction to optical diagnostics tools designed to measure the temperature of an object without physical contact. The importance of the choice of the spectral band as a function of temperature is also highlighted. Chapter 2 describes the study the process of selective laser melting. The first part concerns the description of the selective laser melting machine used. On this machine various optical elements have been added for visualization of powder layering process and the molten pool coaxially with the laser beam. Chapter 3 describes the study of laser cladding of titanium carbide and steel powders. This chapter begins with a bibliographical part. Thermal imaging camera (3-5 micron band) and a multi-wavelength pyrometer (1-1. 27 microns) were applied to monitor the zone of laser action. The effects of various operating parameters on the temperature profiles (true and brightness) were examined in detail. The fourth chapter describes the laser cladding on a substrate TA6V with powder of the same composition. A thermal imaging camera (3-5 microns) was applied to obtain the temperature distributions in the laser action zone.

Le manuscrit comporte 4 chapitres comprenant une introduction générale présentant les diagnostics optiques et les concepts utilisés, suivi d’un chapitre sur l’application de ces technique au procédé de fusion sélective par laser et deux chapitres sur une processus de projection de poudres. Le chapitre 1 est une introduction aux diagnostics optiques ayant pour objet de mesurer la température d’un milieu « sans contact ». L’importance du choix de la bande spectrale en fonction de la température est également soulignée. Le chapitre 2 concerne l’étude le procédé de fusion sélective par laser. Une première partie concerne la description de la machine de frittage utilisée. Sur cette machine différents éléments optiques ont été ajoutées permettant une visualisation à la fois latérale du champ entourant le bain liquide, mais également coaxiale avec faisceau laser. Le chapitre 3 porte sur l’étude du procédé de projection de poudres de acier et carbure de titane. Ce chapitre débute par une partie bibliographique. Les dispositifs expérimentaux sont une caméra thermique (bande 3-5 microns), un pyromètre multi-longueurs d’onde (1-1. 27 microns). L’effet des différents paramètres opératoires sur les profils de température (vraie et de brillance) est ensuite examiné en détails. Le quatrième chapitre concerne l’étude du rechargement d’un substrat de TA6V avec de la poudre de même composition. Une caméra thermique (3-5 microns) calibrée à l’aide d’un corps noir permettait d’obtenir les champs de température.