Caractérisation des structures de solidification obtenues par fabrication additive métallique : étude des relations entre le procédé, la microstructure et l'anisotropie des propriétés mécaniques.

par Caroline Widomski

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Anne-Laure Helbert.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes , en partenariat avec Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (laboratoire) , Synthèse, Propriétés & Modélisation des Matériaux (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-01-2019 .


  • Résumé

    La fabrication additive permet de fabriquer des pièces couche par couche à partir des données d'un modèle 3D. Avec les procédés lit de poudre, les couches sont fusionnées avec une source d'énergie laser ou un faisceau d'électrons. A l'échelle locale, la source peut être déplacée linéairement ou avec un motif circulaire pour induire une zone de fusion plus ou moins large. Les étapes de chauffage, fusion par la source de chaleur et solidification, les alliages et les différentes régions de la pièce subissent des cycles de transformation répétés ce qui affecte les structures et les propriétés. La texture de solidification dépend de la direction du flux de chaleur et de la croissance compétitive des grains. De plus la croissance par épitaxie contribue fortement au développement des textures dans les pièces élaborées par fabrication additive. Au final, une meilleure compréhension des phénomènes en lien avec le procédé pour produire des pièces fiables, sans défaut et avec une bonne productivité. Ce travail consistera à caractériser les structures obtenues principalement par MEB/EBSD afin d'identifier les mécanismes pendant la fusion et la solidification. (Taille des zones fondue, mode de fonctionnement de type conduction ou keyhole …. Le second objectif sera de contrôler la texture cristallographique afin de maîtriser l'anisotropie des propriétés mécaniques. Les études seront faites essentiellement sur un alliage de titane et un superalliage à base de nickel. Ce travail est en partenariat avec un consortium national dans le cadre du projet SOFIA (SOlutions pour la Fabrication Industrielle Additive métallique) financé par BPI France.

  • Titre traduit

    Characterization of solidification structures obtained by Selective Laser Melting: relationships between manufacturing process, microstructure and anisotropy of mechanical properties


  • Résumé

    Additive manufacturing (AM) processes build three-dimensional parts by progressively adding thin layers of materials guided by a digital model. The Powder Bed Fusion (PBF) processes consolidate powder into a dense metallic part by melting and solidification with the aid of an energy source: laser or electron beam. At the local scale, the source can be moved linearly or in the form of motive to induce a wider melting pool. Because of the rapid heating, melting and solidification of the alloy by a moving heat source, different regions of the build experience repeated heating and cooling which affect its local structure and properties. Solidification texture depends on the local heat flow directions and competitive growth of the grains. Moreover, epitaxial growth contributes significantly to the formation of textures in AM fabricated components. Texture could be adjusted by varying the process parameters. A more thorough understanding of the processes, structures, properties and performance are desirable to produce defect-free and reliable AM parts within reasonable production time. The objectives of this work consist in characterizing the obtained structures mainly by SEM/EBSD technique to identify the mechanisms during fusion and solidification (size of the melting zone, conduction or keyhole mode…). The second objective is to master the crystallographic texture to control the mechanical properties anisotropy. We shall study mainly titanium and nickel based alloys. All this work is in partnership with a national consortium within the framework of the SOFIA project (SOlutions pour la Fabrication Industrielle Additive métallique) founded by BPI France.