Traçabilité d'un procédé de fabrication additive par projection de poudre en lien avec la qualité des pièces

Traceability of an additive manufacturing process by powder projection for the enhancement of part quality

• Auteur / Autrice : Lilou De peindray d'ambelle
• Direction : Catherine Mabru
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICA - Institut Clément Ader

Mots clés

Mots clés libres

Fabrication additive

Dépôt par énergie dirigée

Instrumentation

316l

Laser-poudre

Additive manufacturing

Directed energy deposition

Instrumentation

316l

Laser-powder

Résumé

La fabrication additive (FA) présente de nombreux avantages, elle permet notamment d'utiliser la juste matière, de fabriquer des pièces aux géométries complexes, plus légères, et avec une grande diversité de matériaux. En particulier, le procédé de projection de poudre qui permet en plus l'ajout de fonction et la réparation des pièces. Ce procédé présente toutefois quelques inconvénients non négligeables, auxquels il faut faire face pour le rendre pleinement opérationnel. La variabilité et la faible maitrise de la qualité des pièces est un réel obstacle qui empêche les industriels d'adopter pleinement ce procédé. Les pièces métalliques réalisées par FA peuvent présenter plusieurs défauts tels que des porosités ou des fissures indésirables, une déformation entraînant des erreurs dimensionnelles et de forme, une mauvaise rugosité, ainsi que des caractéristiques plus difficiles à détecter telles que des contraintes résiduelles internes, des propriétés mécaniques anisotropes et des microstructures hétérogènes. La qualité de la pièce est principalement affectée par les réglages des paramètres process et les phénomènes physiques mis en jeu lors de la fabrication. La plus grande difficulté réside dans la compréhension de ces différents phénomènes (mécanique, métallurgique et thermique) et de leurs nombreuses interactions. Dès lors il est nécessaire de mettre en place une démarche expérimentale qui comprend une instrumentation multi-capteurs afin d'acquérir les connaissances sur les mécanismes physiques qui ont lieu au cours de la fabrication et les paramètres clefs qui permettent de maîtriser le procédé. L'objectif de la thèse est d'identifier les relations entre les paramètres process, les signatures des grandeurs physiques (température, distorsion,…) et la qualité des pièces.

Additive manufacturing (AM) has many advantages like using the right material, manufacturing parts with complex geometries, lighter parts, and with a wide variety of materials. In particular, the powder spraying process, which also allows the addition of function and repair of parts. However, there are some significant drawbacks to this process, which need to be addressed to make it fully operational. The variability and the low control of the quality of the parts is a real obstacle that prevents manufacturers from fully adopting this process. Metal parts made by AM can present several defects such as porosities or cracks, deformation leading to dimensional and shape errors, poor roughness, as well as defects more difficult to detect such as internal residual stresses, anisotropic mechanical properties and heterogeneous microstructures. The quality of the part is mainly affected by the process parameter settings and the physical phenomena involved during manufacturing. The greatest difficulty lies in the understanding of these different phenomena (mechanical, metallurgical and thermal) and their numerous interactions. It is therefore necessary to set up an experimental approach that consists in a multi-sensor instrumentation in order to acquire knowledge of the physical mechanisms that take place during the manufacturing process and the key parameters that allow the control of the process. The objective of the thesis is to identify the relationships between the process parameters, the signatures of physical quantities (temperature, distortion,...) and the quality of the parts.