Étude de l'influence des phénomènes thermomécaniques générés par l'interaction faisceau laser matière sur la microstructure des revêtements élaborés par SLM : une approche multi-physique

Study of the influence of hermomecanical phenomena generated by laser beam-material interaction on the microstructure of coating produced by SLM : a multi-physics approach

• Auteur / Autrice : Amaury Jacquot
• Direction : Yannick Le maoult, Adriana Soveja
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2021
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICA - Institut Clément Ader
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SUMO - Surfaces, Usinage, Matériaux et Outillages

Mots clés

Mots clés libres

Fabrication additive

Thermique

Multi-physics approach

Micro-fluidique

Instrumentation

Matériau métalique

Additive manufacturing

Thermal

Approche multi-physique

Microfluidics

Instrumentation

Metallic material

Résumé

La fabrication additive et plus spécifiquement le procédé FA-SLM ouvre un nouveau chapitre de la métallurgie des microstructures. En effet, la variation des paramètres des paramètres de procédé influencent sur la microstructure finale ainsi que sur les propriétés de la pièce générée. Les effets très localisés provoqués par le laser font intervenir de nombreux phénomènes physiques complexe tels la fusion et l'évaporation du métal, la thermomécanique, la métallurgie, le transport d'espèces, ... De plus, les phénomènes de transferts de chaleur, de mouvements de circulation dans le bain fondu comme l'effet de Marangoni, et du changements de phase rend la maitrise de la microstructure difficile lors de la fabrication de la pièce. La compréhension de ces étapes clefs de du transfert de chaleur et des effets de la densités énergétique sur les effets de Marangoni conditionnent la qualité des pièces obtenues (propriétés, diffusion d'impuretés... etc). L'objectif de la thèse est donc de développer un modèle de transfert thermique induit par le laser dans la poudre (absorption du rayonnement, conduction de la chaleur puis fusion du lit de poudre) pour comprendre l'interaction laser/matière et les mouvements de matières qui conduisent a des microstructure hors du diagramme d'équilibre. Ce dernier se reposera d'abord sur la mise en œuvre d'analyses paramétriques décrivant de façon réaliste la fabrication d'un revêtement multicouches. Puis, une optimisation du revêtement en terme de propriétés mécanique sera réalisé en faisant le lien avec la microstructure observés expérimentalement selon les paramètres opératoires issus de l'analyse paramétrique.

The additive manufacturing and more especially the AM-SLM open a new chapter in the metallurgy of microstructure. Indeed variations of process parameters influence on the final microstructure and the generated part properties. The very localized effects caused by the laser beam involve numerous complex phenomena such as metal melting and evaporation, metallurgy, species transport, ... Furthermore,the heat transfers, the movements inside the the molten bath like the Marangoni effect, and the phase changing make difficult to control the microstructure during the part manufacturing process. The understanding of these keys steps of heat transfer and the energy density on the Maragoni effect condition the quality of the obtained part (properties, impurities diffusion... etc). This thesis propose to develop a model laser-induced heat transfer in the powder (absorption of radiation, heat conduction and then fusion of the powder bed) to understand the laser beam/material interaction and the material movement that lead to microstructure outside the equilibrium diagram. That model start with the implementation of parametric analyse describing in a realistic way the fabrication of a multilayer coating. Thus, an optimization of the coating in term of mechanic properties by making the link the microstructure observed experimentally according to the operating parameters from the parametric analyse shall be done.