Etude paramétrique d’un procédé d’impression 3D (LMD) en vue d’optimiser l’intégrité matière : Application à l’alliage maraging 1.2709

Parametric study of a 3D printing process (LMD) for the purpose of material’s integrity optimization : Application to the maraging steel 1.2709 alloy

• Auteur / Autrice : Aleksandr Kulish
• Direction : Joël Rech, Joël Courbon, Ferdinando Salvatore
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingénierie
• Date : Soutenance le 09/05/2022
• Etablissement(s) : 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 : Jean-Yves Hascoët
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joël Rech, Joël Courbon, Ferdinando Salvatore, Nicolas Tardif, Pierre Faverjon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Peyre, Hélène Chanal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier maraging

Mots clés libres

Rechargement laser hybride

Étude paramétrique

Intégrité matière

Tenue en fatigue

Simulation numérique

Détentionnement laser

Laser hybrid deposition

Parametric study

Integrity of material

Fatigue resistance

Numerical modelling

Stress relaxation

Résumé

La thèse de doctorat présentée dans ce travail est consacrée à une méthode innovante de production de moules d'injection plastique. Cette méthode combine la technologie additive laser, notamment le rechargement par injection coaxiale de poudre (LMD) et la technique de traitement laser visant à réduire les contraintes résiduelles. Par conséquent, l'objectif principal du présent travail est d'optimiser et d'analyser la méthode de fabrication proposée en ce qui concerne les propriétés finales des pièces déposées. L'étude paramétrique de LMD des "simples cordons", des structures de type "mur" et des "cubes" a été réalisée. La LMD d'échantillons cubiques a été analysée en fonction de la densité, des contraintes résiduelles et de la microstructure afin d’obtenir les paramètres optimaux de LMD. Les paramètres optimaux de LMD ont été vérifiés lors du dépôt à long terme d'échantillons cubiques et cylindriques en une seule et plusieurs fois. La tenue en fatigue ainsi que la densité, la microdureté et la microstructure ont ensuite été évaluées. La simulation numérique a également été réalisée pour prédire les champs thermiques générés pendant le procédé LMD. Enfin, cette thèse comprend l'étude numérique et expérimentale du processus de traitement laser (de détentionnement) visant à réduire les contraintes résiduelles et à éviter les post-traitements durables tels que le vieillissement.

The PhD thesis presented in this work is dedicated to the innovative method of plastic injection mould production. This method combines laser additive technology, namely, the Laser Metal Deposition (LMD) and technique of laser treatment aiming to reduce the residual stresses. Therefore, the main objective of the present work is to optimize and analyze the proposed fabrication method regarding the final properties of deposited parts. The parametrical study of “single-bead”, multi-bead “wall” and multi-bead “cube” LMD has been carried out. The LMD of cubic specimens has been analyzed with respect to the density, residual stresses and microstructure in order to find the optimal deposition parameters. The optimal LMD parameters have been verified during the longtime deposition of cubic and cylindrical specimens in a single operating session and after multiple pauses. The fatigue resistance as well as the density, microhardness and microstructure were then evaluated. The numerical simulation has been also performed to predict the thermal fields generated during LMD. Finally, this thesis includes the numerical and experimental study of laser treatment process aiming to reduce the residual stresses and avoid the possible long-lasting post-treatment such as aging.