Application des procédés de fabrication additive DED et SLM pour le Rechargement d'outillages avec des Matériaux à Gradient Fonctionnel

DED and SLM additive manufacturing processes applied to Functionally Graded Material for the tooling field.

• Auteur / Autrice : Johanna Bertrand
• Direction : Boussad Abbes
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, structures
• Date : Inscription en doctorat le 08/09/2022
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matériaux et Ingénierie Mécanique

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux à Gradient Fontionnel

Dépôt sous Énergie Concentrée

Outillages

Fusion Sélective Laser

Functionally Graded Materials

Directed Energy Deposition

Tooling

Selective Laser Melting

Résumé

L'objectif de ce projet de thèse est d'optimiser les paramètres process en fonction du matériau et du gradient visé lors du dépôt de matériaux FGM pour le rechargement des outillages de manière curative ou préventive. Un travail expérimental basé sur des plans d'expérience sera réalisé au niveau de la plateforme PLATINIUM 3D en utilisant les procédés : DED sur la machine TRUMPF TruLaser Cell 7020 et SLM sur machine SLM 280 HL combiné avec le procédé DED. Nous envisageons également l'utilisation du procédé SLM bi-matériaux et une collaboration avec l'Institut de Soudure sur le procédé WAAM. Une analyse des propriétés mécaniques et microstructurales des différents procédés nous permettra de comparer les différents procédés entre eux et de proposer les solutions les plus pertinentes aux industriels en fonction de leur cahier des charges. Cette démarche expérimentale sera adossée à une simulation numérique thermomécanique pour analyser les contraintes résiduelles et les déformations des éléments réparés dans les différentes conditions et avec les différents procédés. Ces travaux de recherche sur la fonctionnalisation des surfaces permettront de substituer le chromage dur au rechargement en accord avec la directive REACH, interdisant prochainement le chrome hexavalent.

This project aims to optimise processing parameters for laser cladding on tools of functionally graded materials to prevent damage or correct it. In the company Platinium 3D, multiple technologies are available : DED on the TRUMPF Trulaser Cell 7020 machine, SLM ib the SLM 280 HL machine combined with DED. A solid experimental plan will be at the source of this work. It is also considered to use two other processes : Bi-materials SLM and, thanks to a collaboration with the 'Institut de Soudure' (Soldering Institute) use the Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) process. To be able to compare the processes, the following characterisation will be conducted : mechanical properties as well as microstructural analysis. The main goal being : allow Platinium 3D to recommend the pertinent technologies to other companies depending on their needs. This experimental approach will go hand in hand with thermodynamical numerical modelling. This will help us analyse the residual stresses and deformations in the finished parts with the different conditions and thus will act as a substitute to hard chroming (REACH directive will soon forbid hexavalent chromium).