Hussam EL CHEIKH

En résumé

Entreprises

• Université de Nantes - Allocataire de recherche

  Nantes 2008 - maintenant Activité de Recherche
  
  « Fabrication directe par laser. Simulation de la géométrie des dépôts et des champs de températures induits.»
  
  Cadre de l’étude
  Cette thèse a été initiée dans le cadre du projet régional des Pays de la Loire sur les PRocédés de fabrication Emergents pour les Matériaux de Structure « PREMS », et s’est déroulée au sein du GeM en collaboration étroite avec l’Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes (IRCCyN, UMR CNRS 6597).
  
  Intérêt du procédé
  La Fabrication Directe par Laser (DLF) est un nouveau procédé de fabrication additive. De la poudre est injectée par une buse dans un faisceau laser de puissance et forme un dépôt après fusion et solidification. La fusion partielle des couches sous-jacentes permet une excellente adhésion des dépôts successifs. Ce procédé permet la réalisation d’objet 3D directement à partir d’un fichier électronique CAD. Ces pièces en vrai matière ne sont pas des prototypes mais des pièces fonctionnelles uniques ou fabriquées en petite série. Ce procédé permet la réalisation de structures internes complexes sans assemblage. Un des axes prometteur est la réalisation de pièces à gradients de propriétés en utilisant le mélange de différentes poudres.
  
  Plan d’expérience de dépôts mono-passes
  Nous avons mis en place un plan d’expérience complet en faisant varier les trois principaux paramètres opératoires que sont la vitesse de déplacement du faisceau, le débit massique de poudre et la puissance du faisceau laser. Des dépôts mono-passes d’acier inoxydable 316L sur un acier bas carbone ont été réalisés puis caractérisés en procédant à la découpe des pièces, à leur observation métallographique et à des mesures de microdureté.
  
  Analyse des résultats expérimentaux
  L’effet de chaque paramètre sur les caractéristiques géométriques du dépôt (hauteur, largeur et section) et sur la zone fondue (hauteur, largeur et section) a été étudié à l’aide d’une étude paramétrique. Chacune de ces caractéristiques a pu être reliée à l’aide d’une fonction affine une combinaison des paramètres opératoires. Il est ainsi possible d’optimiser les paramètres opératoires pour obtenir une géométrie donnée.
  
  Réalisation de dépôts multi-passes
  Des murs ont ensuite été réalisés avec des paramètres opératoires favorables et en faisant varier le décalage le long de l’axe z entre deux couches successives. La qualité des murs tant du point de vue géométrique que du point de vue microstructurale à été étudiée. Des mesures de dureté ont également été réalisées.
  
  Simulation de la géométrie des dépôts
  Plusieurs expressions analytiques ont été établies pour représenter la géométrie du dépôt réalisé suivant la distribution de la poudre dans le jet d’une part et suivant un modèle phénoménologique suite aux études décrites précédemment.
  
  Simulation semi-analytique des champs thermique
  Plusieurs modèles thermiques ont été développés et appliqués sur la géométrie du dépôt. Une première simulation de type semi-analytique a été programmée sur Mathematica©. Elle consiste à résoudre analytiquement l’équation de la chaleur en régime quasi-stationnaire pour un point source en mouvement à la surface d’un milieu semi-infini à l’aide des fonctions de Green. Les calculs ont été réalisés avec un point source et avec une distribution de points source pour tenir compte de la densité de puissance dans le faisceau. Il est possible de tenir compte de la géométrie de la pièce en utilisant des sources images.
  
  Simulation des champs thermiques par la méthode des éléments finis
  Une seconde approche a été mise en œuvre avec le logiciel multi-physique Comsol©. L’équation de la chaleur est résolue grâce à la méthode des éléments finis. Le problème physique est alors mieux respecté puisque la dépendance des propriétés thermo-physiques du matériau en fonction de la température ainsi que les conditions d’échanges aux bords du matériau peuvent être pris en compte.

Formations

Pas de formation renseignée

Réseau

• Camille LEMASSON

• Emmanuel LACOSTE

• Kristell FILY

• Mélinda BOUQUEREL

• Olivier LEBRET

• Raphael GERARD