Thèse soutenue

Compréhension et maîtrise de la mise en œuvre par fabrication additive (LPBF) d'un alliage d'aluminium à basse teneur en silicium pour l'aéronautique
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Auteur / Autrice : Maxime Béal
Direction : Philippe BertrandChristophe DesrayaudHocine Si MohandMaria Doubenskaia
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
Date : Soutenance le 13/12/2022
Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
Jury : Président / Présidente : Patrice Peyre
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bertrand, Christophe Desrayaud, Hocine Si Mohand, Maria Doubenskaia, Pierre Eloi
Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Noëlle Avettand-Fenoël, Guillaume Racineux

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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La fabrication additive devenant de plus en plus mature a montré sa capacité à être une technologie de rupture en matière d’innovation industrielle. En effet, la fabrication additive permet d’obtenir une pièce quasi fonctionnelle à partir d’un fichier 3D. La fusion laser sur lit de poudre (Laser Powder Bed Fusion - LPBF) est l’un des procédés de fabrication additive. La société Thales® est très fortement intéressée par ce type de procédé et souhaite le développement du LPBF pour accentuer sa compétitivité sur le marché aéronautique. Un alliage d’aluminium a été développé pour le procédé LPBF et breveté par Thales en 2019. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont comme objectif de poursuivre les travaux menés sur cet alliage et de faciliter le processus d’industrialisation de celui-ci par le procédé LPBF pour des pièces destinées à l’aéronautique et l’aérospatiale. Le manuscrit est divisé en 4 parties, la première traitant de la bibliographie et des méthodes utilisées. La deuxième partie aborde l’interaction laser matière et l’optimisation de la rugosité. La partie numéro trois traite du cycle de vie de la poudre en analysant l’effet de la réutilisation et du stockage sur le procédé. Enfin la quatrième et dernière partie aborde l’optimisation de la composition chimique de l’alliage et la recherche d’un traitement thermique adapté. L’optimisation de l’interaction laser a montré la relation entre les paramètres utilisés et la géométrie des bains de fusion formés. Il a également été montré qu’il était plus difficile de mettre en oeuvre l’alliage 6061-Zr qu’un alliage d’aluminium de fonderie type Al-Si. Ce chapitre a également mis en lumière le phénomène de focal shift et l’importance de l’altitude plateau impactant fortement le procédé. Par la suite une optimisation de la rugosité a été effectuée en appliquant des contours. Un très bon état de surface est obtenu, néanmoins, cette méthode a été éprouvée sur des géométries plus complexes que des cubes et a montré ces faiblesses. Le traitement de la poudre a ensuite été abordé. La réutilisation de la poudre conduit à une hausse du taux d’oxygène et une modification chimique de la poudre. Le tamisage est essentiel pour garantir la granulométrie et éviter ces phénomènes. Le stockage des poudres est critique pour les applications visées. En effet, le stockage tel que réalisé dans cette étude a montré un fort impact sur le procédé réduisant la densité, l’allongement et la résilience des pièces tout en dégradant l’état de surface. Le brevet concernant le 6061-Zr étant assez large, le taux de Zirconium a été optimisé afin de répondre le plus possible au cahier des charges tout en évitant le phénomène de fissuration à chaud. Par la suite, des traitements thermiques ont été appliqués sur des alliages comportant différents taux de Zirconium afin d’observer l’impact de ces traitements en fonction de la température, de la durée et de la présence plus ou moins importante de Zirconium. L’ensemble de ces résultats a permis de lever des verrous scientifiques et facilite ainsi la progression de cette technologie vers une industrialisation maîtrisée pour des applications aéronautiques et spatiales.