Influence des paramètres lasers sur la réalisation de pièces par fabrication additive dans les machines à fusion laser sur lit de poudre

L’objectif de la thèse est d’étudier l’influence des paramètres de fonctionnement du laser sur la fabrication de pièce et la stabilité du procédé. Cette thèse se fera en interaction avec les deux autres thèses prévues sur le sujet et est composée d’un volet instrumentation et d’un volet contrôle de pièce. Ces deux volets de la thèse seront étudiés principalement d’un point de vue métrologique.

Contexte et enjeux

Le développement des procédés de fabrication additive (FA) permet aujourd’hui d’envisager la construction de pièces ayant des géométries complexes non réalisable par des procédés de fabrications traditionnels. Initialement, dédié à la fabrication de prototype, la FA prend une part croissante dans les moyens de fabrication industriel, notamment dans le milieu médical (prothèse dentaire) et le milieu industriel pour la fabrication de pièce mécanique métallique.

Actuellement, la fusion laser sur lit de poudre (PBFL) est un des procédés les plus utilisées pour la fabrication de pièces métalliques. Si les machines PBFL permettent de fabriquer des pièces très complexes, elles présentent également des questionnements quant à la stabilité, la fiabilité et la reproductibilité des processus de fabrication.

Approches et méthodes

La thèse se fera dans le cadre de la plateforme AFH. Inauguré en décembre 2017, la plateforme Additive Factory Hub (AFH) a pour objectif de développer les connaissances et de débloquer les verrous techniques dans le cadre de la fabrication additive métallique. Les membres de la plateforme AFH sont des industriels, des académiques et des centres techniques ayant des champs d’expertises spécifiques reconnues et complémentaires
La première étape de la thèse sera d’étudier les paramètres de fonctionnement du laser en fonctionnement fixe sur un banc d’essai motorisé. Les paramètres lasers qui seront étudiés sont notamment :

  • Distribution spatiale du faisceau : gaussien, uniforme
  • Fonctionnement du laser : continue, pulsé
  • Puissance optique : taille du faisceau, densité de puissance,..
  • Vitesse de fabrication

Après cette première étape, l’étude des paramètres se fera avec un faisceau mobile, sur une ou plusieurs machines de la plateforme.
La thèse devra mettre en évidence l’influence des paramètres lasers sur la fabrication des pièces métalliques. Pour cela, un contrôle des pièces par des procédés non-destructif (CND) sera fait. L’utilisation de différentes méthodes de mesures CND telle que la pycnométrie à gaz, la pesée d’Archimède, la porosimétrie au mercure, etc…

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