Thèse soutenue

Modélisation des procédés de fabrication additive : Le cas du frittage laser de polymères
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Auteur / Autrice : Lan Zhang
Direction : Mhamed BoutaousShihe Xin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides
Date : Soutenance le 14/12/2022
Etablissement(s) : Lyon, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne)
Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône) - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon / CETHIL
Jury : Président / Présidente : Nahiène Hamila
Examinateurs / Examinatrices : Mhamed Boutaous, Shihe Xin, Nahiène Hamila, Jaona Harifidy Randrianalisoa, Fabrice Schmidt, Séverine Boyer
Rapporteurs / Rapporteuses : Jaona Harifidy Randrianalisoa, Fabrice Schmidt

Résumé

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Le présent travail s'intéresse à l'un des procédés de Frabrication Additive, SLS (Selective Laser Sintering) des poudres de polymère. Il a pour objectif d'améliorer, qualifier et valider l'outil numérique développé d'une part et d'autre part de comprendre et améliorer les procédés SLS. L'outil numérique développé prend en compte l'interaction laser-poudres de polymère, le processus de fusion, la coalescence, la diffusion d'air, l'évolution de la porosité, et la crystalisation. Afin de qualifier les travaux numériques réalisés, les travaux expérimentaux sont également réalisés pour mesurer la température de surface à l'aide d'une caméra IR, les dimesions des échantillons et la ditribution de la porosité dans les échantillons fabriqués à l'aide de la tomographie à rayon X. L'important travail de modélisation a été réalisé sur l'interaction laser-poudres de polymère~: la théorie de Mie et la méthode de Monte-Carlo sont associées pour modéliser la diffusion du laser et proposer des modèles de diffusion. Afin de qualifier les modèles de diffusion proposés, ils sont utilisés dans des simulations numériques et les résultats obtenus sont confrontés avec les mesures expérimentales et les résultats issus du modèle de Beer-Lambert. Le modèle de diffusion distribue la puissance d'un laser sur une zone plus grande et moins profonde par rapport au modèle de Beer-Lambert et son utilisation en simulation permet une meilleure prédiction sur la température de surface et l'épaisseur des échantillons frabriqués. Les effets des paramètres comme facteur d'anisotropie, porosité du lit et rayon moyen des particules sur les modèles de diffusion ont été étudiés. Les effets des paramètres de procédé comme puissance du laser, vitesse de scan, espacement des scans, longueur scannée, porosité du lit, et température du préchauffe sur les échantillons fabriqués sont aussi explorés. Une autre contribution importante du travail concerne la prédiction de la porosité moyennée et la distribution de la porosité dans les échantillons fabriqués dans un procédé de multi-scans et multi-couches. La comparaison des résultats numériques avec les mesures de tomographie à rayon X montre un accord raisonnable et encourageant.