Influence de l'environnement de travail en Fabrication additive "lit de poudre"

Statut: 
En cours
Contact: 
Patrice PEYRE

La Fabrication Additive (FA), regroupe un ensemble de technologies qui permettent de fabriquer des
pièces métalliques ou plastiques par ajouts successifs de couches de matériau de faibles épaisseurs,
généralement à l’état de poudres. Au sein des technologies de FA métallique, la fusion sélective lit de
poudre (SLM) fait l'objet du plus fort engouement industriel, en raison de la grande complexité des pièces
réalisables. Elle est basée sur le balayage à grande vitesse (0.5-1 m/s) d'un lit de poudre, grâce à un laser
couplé à une tête scanner. Dans des conditions paramétriques optimisées, le procédé fabrique alors de la
matière quasiment dense et de rugosité moyenne mais avec une forte dépendance à la nature du matériau
utilisé, à ses propriétés à l'état liquide, à l'état de la poudre (granulométrie) et à l'atmosphère de travail
(gaz protecteur, taux d'O2 résiduel …). Aujourd'hui, l'optimisation des paramètres se fait essentiellement
par analyse de compacité des pièces fabriquées, sans étude précise des conditions d'interaction laserpoudre-
zone fondue (ZF). Pourtant, différentes études récentes ont montré que le procédé SLM présentait
des instabilités à l'échelle des ZF (éjections de métal liquide, oscillations des ZF, phénomènes de
dépeuplement de poudre à proximité des cordons) qui dégradent la qualité des lits de poudre et l'état
métallurgique des matériaux. Parmi les paramètres influents, l'influence de l'environnement gazeux ou de
la pression de l'atmosphère de travail sur la stabilité du procédé n'a été que très peu étudiée en SLM.
Le but de cette thèse est à la fois:
(1) de caractériser et comprendre les phénomènes d’interactions laser/lit de poudre/zone
fondue/environnement gazeux qui interviennent lors de la fusion sélective du matériau (spatters,
nanoparticules/fumées) dans différents environnements gazeux,
(2) d'identifier leur influence sur l'état résiduel des matériaux fabriqués (% porosités) et sur la
matière environnante non-fusionnée (contamination du lit de poudre environnant)
(3) d'évaluer l'influence de l'environnement de travail sur le comportement (température,
hydrodynamique) des matériaux fondus via l'évolution des propriétés thermo-physiques associées
(tensions de surface, viscosité)
Pour cela, des expériences seront réalisées dans différentes atmosphères de travail (gaz purs, mélanges de
gaz, pression d'enceinte variable …) sur des bancs et des enceintes instrumentées dédiées permettant
d'avoir le maximum de liberté dans la réalisation d'expériences in-situ (analyses par camera rapide ou
caméra thermique, mesures de réflectivité …). Des validations sur machines industrielles seront également
réalisées, le but final étant de contribuer à une évolution des conditions expérimentales du procédé SLM et
de son environnement gazeux via une meilleure compréhension de la physique associée.
Le travail de thèse sera réalisé dans le cadre d'une collaboration entre AIR LIQUIDE et le laboratoire PIMM
(Groupe Laser) de l'ENSAM- Paris.
______________________________________________________________________________________
Localisation de la thèse: PIMM (Arts et Métiers, 75013 Paris) ≈ 80 %, Air Liquide (les Loges en Josas, 78) ≈ 20 %
Début de thèse: Septembre-Octobre 2017
Profil Recherché: Master Recherche en Energétique (+ Thermique-mécanique des fluides) ou Physique des matériaux,
+ goût prononcé pour l'expérimentation. Une connaissance des procédés laser serait un plus appréciable.
Dossier à fournir : CV + lettre de motivation
Rémunération : Bourse CIFRE, de l'ordre de 1750 €/net
Contact: Patrice Peyre (Laboratoire PIMM, CNRS) : patrice.peyre@ensam.eu