Thèse soutenue

Influence de l'environnement de travail en fabrication additive par fusion laser ''lit de poudre

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Auteur / Autrice : Socona Traore
Direction : Patrice PeyreMatthieu Schneider
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
Date : Soutenance le 04/02/2021
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Garandet
Examinateurs / Examinatrices : Patrice Peyre, Matthieu Schneider, Cyril Bordreuil, Eric Andrieu, Imade Koutiri, Coralie Charpentier, Pascal Laheurte
Rapporteur / Rapporteuse : Cyril Bordreuil, Eric Andrieu

Résumé

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L’influence de l’environnement de travail gazeux en fabrication additive métallique par fusion laser « lit de poudre » LPBF (Laser Powder Bed Fusion) a été étudiée lors de la mise en forme d’un superalliage base nickel (l’Inconel 625). Communément, les pièces sont fabriquées sous un inertage d’argon ou d’azote qui respecte un critère de neutralité chimique vis-à-vis du métal liquide et dont le rôle premier est d’éviter l’oxydation à haute température. Cependant, peu de travaux traitent de l’influence de la nature de l’atmosphère gazeuse et de la façon dont elle pourrait modifier la stabilité du procédé LPBF et son efficacité. Dans le but de répondre à cette problématique, des monocordons et des pièces 3D ont été réalisés avec des gaz ou mélanges de gaz originaux, inertes ou potentiellement réactifs afin de déterminer leur impact sur le procédé. A priori, les conséquences d’un tel changement peuvent être de nature thermique, aérodynamique ou hydrodynamique avec une modification envisageable sur la qualité finale des pièces ou le déroulement du procédé. Les monocordons ont été réalisés sur un banc expérimental à faisceau laser fixe conçu au laboratoire PIMM permettant l’installation de divers outils d’instrumentation afin d’observer et de caractériser les phénomènes à l’échelle de l’interaction « laser - poudre - zone fondue - environnement gazeux ». Quant aux pièces 3D, elles ont été construites en machine industrielle SLM 125 HL et ont permis entre autres, d’analyser l’effet du gaz sur la qualité des pièces et leur microstructure. Les études sur les deux dispositifs expérimentaux et aux deux échelles (cordon unitaire et pièce 3D) ont mis en évidence que le gaz de protection avait peu d’influence sur l’absorption de l’énergie laser et sur les dimensions des zones fondues dans des conditions de fabrication maîtrisées. En revanche, des effets nets sur les phénomènes physiques en périphérie de la zone de fusion conditionnant les mécanismes d’éjection et de dénudation ont été identifiés. Un impact sur les états de surface a également été observé.Mots-clés : fabrication additive, laser, métal, gaz, poudre, superalliage base nickel, éjection, dénudation, plume de vapeur, monocordon