Dissertations / Theses: 'Fusion sélective au laser'

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Liu, Qi. "Etude sur fusion laser sélective de matériau céramique Zircone Yttriée." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00976254.

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Abstract:

La fusion sélective par laser est un procédé de la technologie de fabrication rapide de plus en plus utilisé dans l'industrie automobile, aéronautique, médicale, etc. Selon le principe de la fabrication rapide, la pièce est fabriquée couche par couche en fusionnant et soudant les particules fines par laser. Actuellement, les principaux matériaux utilisés sont les métaux métalliques ou les polymères. Le faible ou modeste point de fusion de ces matériaux conduit à une mise en œuvre par laser relativement facile. Cependant, en raison de leur point de fusion élevé, de la forte résistance à haute température et de la faible conductivité thermique, l'utilisation de matériaux céramiques est limitée dans la technologie de fusion laser sélective. Cette étude explore la fusion laser sélective de zircone stabilisée par yttrine avec un laser à fibre de longueur d'onde d'environ 1 µm. L'influence de différentes puissances de laser et de différentes vitesses de balayage sur la microstructure et la déformation de l'échantillon a été étudiée, et la densité relative et la microdureté ont été mesurées. Notamment, l'effet de différentes températures de préchauffage sur la microstructure sera étudié. En même temps, la structure cristalline céramique et la transformation des phases pendant le procédé de prototypage rapide ont été analysées. Les résultats expérimentaux montrent qu'il est possible de fondre complètement de la poudre YSZ avec un laser à fibre NIR, et avec l'optimisation des paramètres de fabrication, la densité relative de l'échantillon peut atteindre 91 %. Il est inévitable de voir se former des fissures et des pores dans les pièces fabriquées du fait de l'hétérogénéité de la distribution de l'énergie du laser. Cette distribution de l'énergie peut être améliorée grâce à l'optimisation des paramètres ; les longueurs de fissure peuvent être contrôlées et maîtrisées par un préchauffage du lit de poudre. Notamment, à haute température (1500°C, 2000°C et 2500°C) de préchauffage, la fissure verticale continue devient désordonnée et courte. Une transformation de la structure monoclinique et cubique en structure tétragonale s'est produite pendant le processus de fabrication.

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Kovaleva, Irina. "Simulation numérique des procédés de fabrication additive: projection laser et fusion laser sélective." Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne), 2015. http://www.theses.fr/2015ENISE031.

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Abstract:

Le travail est consacrée au développement des méthodes de modélisation mathématique d’interaction du laser avec les matières et avec les milieux poreux, appliquées aux technologies de fabrication additive des pièces tridimensionnelles. Le procédé de projection laser souffre des instabilités et des défauts des pièces et des revêtements obtenus telle que la fissuration, la liquation, les contraintes résiduelles, etc. A l’heure actuelle, la théorie générale de ce procédé n’existe pas. Un grand nombre des paramètres influence sur la projection laser, telles que les paramètres laser (la puissance, le diamètre du faisceau, la vitesse de balayage, etc. ), les paramètres de la poudre et ceux de l’écoulement de gaz. C’est pourquoi la recherche expérimentale des régimes technologiques optimaux devient un problème compliqué. L’actualité du travail est dans la nécessité de réaliser des calculs et pronostics des régimes rationnels du traitement laser, face aux demandes de qualité des pièces fabriquées et à l’optimisation des procédés. Nous avons effectué une étude détaillée des paramètres de flux de gaz et de poudre pour les buses coaxiales différentes. Les paramètres du jet de poudre dépendent de: la configuration géométrique, la taille des canaux de sortie de la buse, la composition de la poudre, sa diffusion, les caractéristiques de l'interaction des particules avec les parois de la buse. Nous avons développé un modèle physico-mathématique d’accélération des particules de poudre dans le champ lumineux du rayonnement laser constant ; celui-ci est présent dans les conditions du rechargement de poudre par laser moyennant la pression du rappel des vapeurs du métal, provenant de la partie exposée de la particule. Nous avons proposé la méthodologie de calcul de l’empilement primaire de particules sphériques polydispersées ; compte tenu de la force du poids et de l’adhésion entre les particules en contact, elle permet d’obtenir une structure intérieure de la couche déposée proche à la structure réelle. Nous avons développé un modèle discret de description des processus de transfert de chaleur et de masse dans la couche de poudre déposée, applicable dans les conditions d’impact local du laser lors de la fusion et du frittage sélectifs par laser. Les modèles physico-mathématiques et les résultats proposés ont une importance pratique et portent un caractère novateur. La crédibilité des études réalisées au niveau qualitatif se coordonne avec les données des essais
This work is devoted to development of mathematical modeling methods of laser interaction with materials and porous media, used in the additive technologies for the production of volume products. The process of laser cladding suffers from faults and defects of parts and coatings obtained such as cracks, exudations, residual stresses and etc. Currently, the general theory of this process does not exist. A large number of parameters affect the laser cladding such as laser parameters (power, beam diameter, scanning speed, etc. ), parameters of powder and gas flow. Therefore, experimental investigations of optimum technological modes become the complex problem. The relevance of this work is the need to perform calculations and predictions of rational modes of laser treatment, due to the increasing quality requirements of manufactured parts and technological processes optimization. We investigated in details the parameters of the gas stream and the powder for different coaxial nozzles. The parameters of powder jet essentially depends on the geometrical configuration and the size of output nozzle channels and also the composition of the powder, its dispersion and features of particles interaction with the walls of nozzle. We developed a physical-mathematical model of acceleration of powder particles in the light field of a permanent laser radiation in the conditions of laser cladding owing to the force caused by the reaction of the material–vapor recoil from the beamed part of the particle. We proposed a calculation method of random packing of polydisperse spherical particles which allows, taking into account the weight force and adhesive force between the particles in contact, to obtain the internal structure of loose powder layer close to the real. Discrete model is developed to describe the processes of heat and mass transfer in loose powder layer, which is applicable in the conditions of local laser irradiation in selective laser melting and selective laser sintering. Physico-mathematical models proposed in this work and results of calculations are new and have a practical relevance. The reliability of spent researches is consistent qualitatively with experimental data

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Zhang, Baicheng. "Fusion sélective par laser - influence de l'atmosphère et réalisation d'alliage in situ." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00880004.

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Abstract:

Au cours de la dernière décennie, le procédé de fabrication additive par fusion sélective d'un lit de poudre SLM a attiré une grande attention dans le domaine de l'industrie, car il permet de produire rapidement des pièces de formes complexes. Le but de ce travail est d'étendre les performances des procédés SLM en étudiant la possibilité d'élaborer des pièces en atmosphère raréfiée. Pour atteindre cet objectif, une approche théorique et expérimentale a été développée, avec la mise en place d'une machine de fusion sélective par laser capable de travailler dans le domaine de pression de 1 à 10-2 mbar.Le travail sous vide permet d'éviter la formation du "bouclier" de plasma généré à partir de l'atmosphère de gaz ionisé par l'énergie du laser. Ceci permet d'une part d'éviter la contamination chimique du matériau (oxydation, nitruration,...) au cours des processus de fusion et d'autre part de réduire le taux de porosité. L'effet des paramètres du laser et des variables d'environnement sur la qualité de pièces a été étudié en considérant le cas du fer pur, de l'acier Inox 316L et du titane.Par ailleurs nous avons étudié la possibilité d'obtenir des alliages in-situ au cours de la fabrication par la technique SLM à partir de mélanges de poudres.Des essais ont été conduits à partir de mélanges Mg/Al, Fe/Ni et Ti/Ni. Dans tous les cas nous avons pu obtenir des alliages in-situ pour les domaines de composition visés qui correspondent à des applications pratiques (structures légères, alliage magnétique à faible coercivité, alliage à mémoire de forme). Les propriétés des matériaux obtenus, d'après les premières caractérisations effectuées, se comparent de façon favorable par rapport aux techniques classiques d'élaboration et de mise en œuvre.

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Li, Yingjie. "Fabrication Additive des Alliages d’Aluminium 6061 et 7075 avec Fusion Laser Sélective." Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2024. http://www.theses.fr/2024UBFCA010.

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Abstract:

Actuellement, le défi auquel fait face le procédé SLM pour les alliages d'aluminium à haute résistance ou durcis par précipitation (séries 2xxx, 6xxx et 7xxx) est qu'ils sont sujets à la fissuration à chaud lors de la phase finale de solidification. Cela entraîne un grand nombre de fissures dans les échantillons imprimés. De plus, les éléments à bas point de fusion (Zn, Mg) de ces alliages ont tendance à s'évaporer facilement pendant le processus, entraînant des déficiences de composition qui affectent considérablement leurs propriétés mécaniques. Par conséquent, aborder les problèmes de fissuration et d'évaporation des éléments lors du processus d'impression SLM des alliages d'aluminium de résistance moyenne et élevée est une priorité de recherche majeure. L'objectif de cette étude est d'utiliser un équipement SLM à laser vert pour imprimer des échantillons d'alliage d'aluminium 6061 et 7075 sans fissures et d'étudier leurs propriétés mécaniques. Comparé aux lasers infrarouges traditionnels, la poudre d'alliage d'aluminium a un taux d'absorption plus élevé pour les lasers verts, ce qui signifie que des densités d'énergie plus faibles peuvent être utilisées pour l'impression. Cela réduit l'évaporation des éléments faiblement alliés. De plus, des particules de Ti et des particules de TiC/SiC sont ajoutées comme agents de nucléation pour affiner les grains et réduire les fissures. Trois types de poudres ont été préparés par mélange mécanique : 6061 + particules de Ti, 7075 + particules de Ti, et 7075 + particules de TiC/SiC. Les échantillons ont été imprimés en utilisant un équipement à laser vert, différent du laser infrarouge traditionnel.La morphologie et la composition en phases des poudres et des pièces imprimées ont été observées et étudiées à l'aide de la microscopie optique (OM), de la microscopie électronique à balayage (SEM) et de la diffraction des rayons X (XRD). Les mécanismes de renforcement et les propriétés mécaniques des échantillons imprimés ont été analysés en utilisant la microscopie électronique en transmission à haute résolution (HRTEM), la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD), des tests de microdureté et des équipements de test de traction. En optimisant les paramètres de procédé (puissance laser, vitesse de balayage) et la proportion de particules ajoutées, des alliages d'aluminium 6061 et 7075 sans fissures ont été finalement préparés, et leurs mécanismes de renforcement ont été révélés. Cela offre une nouvelle approche pour le procédé SLM afin de produire des alliages d'aluminium haute performance sans fissures. Les résultats expérimentaux indiquent que pendant le processus d'impression laser vert avec des taux d'absorption plus élevés, une densité d'énergie de 52,1 à 62,5 J/mm³ est suffisante pour obtenir des échantillons imprimés relativement denses. Les grains dans les échantillons d'alliage d'aluminium 6061 et 7075 imprimés étaient de gros grains colonnaux (12,1-17,9 microns). L'ajout de particules de titane a considérablement affiné les grains, les transformant en grains colonnaux et équiaxes de petite taille (0,9-1,63 microns). En plus de servir de points de nucléation, les particules de titane ont réagi avec la matrice d'aluminium pour former Al3Ti, ce qui a été confirmé dans le HRTEM des impressions 6061 et dans le XRD des impressions 7075. L'ajout de particules de titane a donné des échantillons sans fissures pour les deux alliages 6061 et 7075. Comparé au laser infrarouge traditionnel, la perte des éléments Mg et Zn a été réduite avec le laser vert, et les propriétés de traction ont été améliorées. La limite d'élasticité des alliages 6061 traités thermiquement avec une teneur en Ti de 1% a répondu aux normes de la AA6061 forgée, et l'allongement a atteint 12,6%. La résistance à la traction du 7075 approchait également les 400 MPa, bien qu'une amélioration supplémentaire de l'allongement soit nécessaire
The purpose of this study is to use green laser SLM equipment to print crack-free 6061 and 7075 aluminum alloy samples and to investigate their mechanical properties. Compared to traditional infrared lasers, aluminum alloy powder has a higher absorption rate for green lasers, which means that lower energy densities can be used for printing. This reduces the evaporation of low-alloy elements. Additionally, Ti particles and TiC/SiC particles are added as nucleating agents to refine grains and reduce cracking. Three types of powders were prepared by mechanical mixing: 6061 + Ti particles, 7075 + Ti particles, and 7075 + TiC/SiC particles. The samples were printed using green laser equipment, different from the traditional infrared laser. The morphology and phase composition of the powders and printed parts were observed and studied using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD). The strengthening mechanisms and mechanical properties of the printed samples were analyzed using high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), electron backscatter diffraction (EBSD), microhardness testing, and tensile testing equipment. By optimizing process parameters (laser power, scanning speed) and the proportion of added particles, crack-free 6061 and 7075 aluminum alloys were ultimately prepared, and their strengthening mechanisms were revealed. This provides a new approach for the SLM process to produce crack-free high-performance aluminum alloys.Experimental results indicate that during the green laser printing process with higher absorption rates, an energy density of 52.1 to 62.5 J/mm³ is sufficient to obtain relatively dense printed samples. The grains in the printed 6061 and 7075 aluminum alloy samples were large columnar grains (12.1-17.9 microns). The addition of titanium particles significantly refined the grains, transforming them into small columnar and equiaxed grains (0.9-1.63 microns). Besides serving as nucleation points, titanium particles reacted with the aluminum matrix to form Al3Ti, which was confirmed in the HRTEM of the 6061 prints and the XRD of the 7075 prints. The addition of titanium particles resulted in crack-free samples for both 6061 and 7075.Compared to the traditional infrared laser, the loss of Mg and Zn elements was reduced with the green laser, and the tensile properties were improved. The yield strength of the heat-treated 6061 alloys with 1% Ti content met the standards of forged AA6061, and the elongation reached 12.6%. The tensile strength of 7075 also approached 400 MPa, though further improvement in elongation is needed. Our attempts with 7075 + TiC/SiC also showed certain effects, indicating that printing aluminum alloys with a green laser is feasible

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Regniere, Matthieu. "Impact du conditionnement de poudres de Ti6Al4V sur le procédé de fusion sélective laser." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEM038/document.

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Abstract:

La fusion Sélective Laser (SLM), en tant que procédé de fabrication additive, permet la conception de formes complexes par une méthode de construction couche par couche, à partir d’un lit de poudre. L’interaction entre la poudre et l’onde électromagnétique est encore trop peu maîtrisée pour stabiliser efficacement la zone de fusion, et optimiser l’énergie utilisée lors du procédé. Cette étude a pour objectif : (a) la compréhension et la maîtrise des mécanismes de mise en couche par rouleau, propre aux machines SLM Phenix; (b) l’analyse et la quantification des évolutions morphologiques et microstructurales de cordons de fusion en fonction des paramètres du procédé SLM et des paramètres du lit de poudre définis précédemment ; (c) l’élaboration d’un modèle thermique et microstructurale représentatif de l’édification de cordons unitaires par le procédé SLM. Lors de cette étude, le procédé de mise en couche par rouleau a été étudié, et modélisé, afin de contrôler les épaisseurs et taux de compacités du lit de poudre. Les caractéristiques des cordons unitaires de Ti6Al4V produits par SLM ont pu alors être analysées en fonction des paramètres du lit de poudre et des paramètres énergétiques. Cette démarche a pour but de quantifier l’impact du conditionnement du lit de poudre sur le mécanisme de fusion SLM. Par la suite, une analyse fine et une reconstitution microstructurale a pu en être dégagée. Enfin, un modèle thermique radiatif couplé à une prédiction microstructurale des cordons unitaires a pu être élaboré, permettant ainsi une compréhension approfondie du mécanisme de fusion
Selective Laser Melting (SLM), through additive manufacturing process, allows the conception of specific shapes through a layer-by-layer building method from a powder bed. The emphasis between processing parameters as, laser power, scan speed, scan strategy… has already been well investigated for a wide panel of material. Nevertheless, the powder interaction with electromagnetic waves remains a topical issue to handle the stabilization of the melting pool, and optimize the amount of energy used within the process.The purpose of this survey is : (a) the understanding and handling of powder bed layering mechanism through SLM Phenix rolling blade ; (b) the analysis and quantification of morphological and microstructural evolutions single tracks according to SLM process and powder bed parameters ; (c) development of a thermal and microstructural model standing for post SLM single tracks edification.First of all, the process of powder spreading by rolling blade has been investigated in order to tame and modelize the porosity and effective thickness of the powder bed. Thereafter, characteristics of Ti6Al4V single tracks produced by SLM were analyzed according to process and bed powder parameters. This approach tends to quantify the impact of the powder bed packing on the SLM melting mechanism. Accordingly, fine microstructural analysis and reconstruction have been extracted. Finally, a radiative thermal model linked to a microstructural prediction of single tracks has been settled, leading to a deeper understanding of the melting mechanism

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Maisonneuve, Julie. "Fabrication directe de pièces aéronautiques en TA6V et IN718 : projection et fusion sélective par laser." Paris, ENMP, 2008. http://www.theses.fr/2008ENMP0006.

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Defauchy, Denis. "Simulation du procédé de fabrication directe de pièces thermoplastiques par fusion laser de poudre." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00871731.

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Abstract:

Le procédé de fabrication directe de pièces thermoplastiques est un procédé innovant qui permet de créer sans outillage, à partir d'une modélisation géométrique numérique, des pièces de géométrie complexe en quelques heures. La fabrication dite additive est réalisée par étalement successif de couches de poudre thermoplastique de quelques dizaines de micromètres, dont une partie est fondue sous rayonnement laser et refroidie lentement afin de permettre la densification de la poudre par diffusion de l'air emprisonné. La résistance mécanique finale du matériau dépend fortement de cette densification. Un grand nombre de paramètres procédé et matériau influencent les mécanismes physiques mis en jeu qui sont contrôlés par la thermique du procédé. La clé de la maîtrise de ce procédé réside dans la parfaite maîtrise de la thermique du lit de poudre. Cette étude a pour objectif de modéliser le procédé de fabrication directe de pièces thermoplastiques haute température de type PEEK. Dans un premier temps, une simulation microscopique de la fusion laser d'un lit de poudre préchauffé et de la coalescence des grains est développée à l'aide de la méthode C-NEM implémentée sur le logiciel Matlab. Les cycles thermiques, la densification et le soudage des grains sont étudiés en fonction des paramètres matériau et procédé. Dans un second temps, l'étude de la thermique d'une couche de poudre à l'état liquide refroidie par apport d'une nouvelle couche de poudre par-dessus est menée à l'aide d'un logiciel éléments finis commercial. L'objectif est de définir les conditions d'étalement permettant au polymère fondu de rester à l'état liquide.

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De, Terris Thibaut. "Fabrication additive par fusion laser sélective (SLM) d’un superalliage base nickel : relations procédé – microstructures – propriétés mécaniques." Thesis, Paris, ENSAM, 2019. http://www.theses.fr/2019ENAM0061.

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Abstract:

Le procédé de fabrication additive SLM est un procédé d’impression 3D métallique régi par de nombreux paramètres liés à la machine et à l’environnement de fabrication. De ce fait, la qualité des pièces (taux de porosité, état de surface) ainsi que la productivité sont dépendant des réglages effectués. Les travaux réalisés dans cette thèse ont pour objectif d’optimiser le procédé SLM dans le but de pouvoir produire des échangeurs-réacteurs pour Air Liquide. D’autre part, une fois le procédé optimisé, il est nécessaire de qualifier les microstructures induites par la fabrication, et leurs effets sur les propriétés mécaniques. La première partie de l’étude a consisté à développer des jeux de paramètres permettant de réduire au maximum le taux de porosité des pièces, tout en améliorant l’état de surface et la productivité. Pour cela différents travaux expérimentaux ont été effectués sur la machine SLM du laboratoire PIMM, et une large exploration des effets des paramètres de premier et second ordre a été conduite sur de l’Inconel 625. La seconde partie de l’étude a consisté à étudier les microstructures de pièces élaborées par SLM, depuis leur état brut jusqu’à leur état recristallisé après traitement thermique. La relation entre procédé de fabrication et microstructures a pu être mise en évidence, et les propriétés mécaniques de pièces brutes et traitées thermiquement ont ensuite été caractérisées. Il ressort que les paramètres de fabrication influencent l’état microstructural brut, dont dépendent les propriétés mécaniques. En effet, des grains colonnaires dans le sens de fabrication sont formés. In fine, l’utilisation d’un traitement thermique adéquat permet cependant d’effacer l’effet de la fabrication pour retrouver une microstructure et des propriétés mécaniques homogènes
The Selective Laser Melting (SLM) additive manufacturing process is a 3D metal printing process controlled by many parameters related to the machine and to the manufacturing environment. As a result, the quality of the parts (porosity rate, surface roughness) and the productivity depend on the parameters. The work carried out aims to optimize the SLM process in order to be able to produce exchangers for Air Liquide. On the other hand, once the process is optimized, it is necessary to qualify the microstructures induced by the process, and their effects on the mechanical properties. The first part of the study consisted in developing sets of parameters allowing to reduce as much as possible the porosity of the parts, while improving the surface roughness and the productivity. A lot of experimental work has been carried out on the SLM machine of the PIMM laboratory, and a wide exploration of the effects of the first and second order parameters has been done on Inconel 625. The second part of the study consisted of studying the microstructures of parts developed by SLM, from their raw state to their recrystallized state after heat treatment. The relationship between the manufacturing process and the microstructures has been demonstrated, and the mechanical properties of raw and heat-treated parts were then characterized. It appears that the manufacturing parameters will influence the raw microstructural state, on which the mechanical properties depend. Indeed, columnar grains are formed along the building direction. The use of a suitable heat treatment, however, makes it possible to cancel the effect of the process

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Pavlov, Mikhail. "Application des dispositifs de diagnostic optique multi-spectraux dans les procédés de fabrication additive : fusion sélective par laser et projection laser coaxiale." Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne), 2011. http://www.theses.fr/2011ENISE007.

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Abstract:

Le manuscrit comporte 4 chapitres comprenant une introduction générale présentant les diagnostics optiques et les concepts utilisés, suivi d’un chapitre sur l’application de ces technique au procédé de fusion sélective par laser et deux chapitres sur une processus de projection de poudres. Le chapitre 1 est une introduction aux diagnostics optiques ayant pour objet de mesurer la température d’un milieu « sans contact ». L’importance du choix de la bande spectrale en fonction de la température est également soulignée. Le chapitre 2 concerne l’étude le procédé de fusion sélective par laser. Une première partie concerne la description de la machine de frittage utilisée. Sur cette machine différents éléments optiques ont été ajoutées permettant une visualisation à la fois latérale du champ entourant le bain liquide, mais également coaxiale avec faisceau laser. Le chapitre 3 porte sur l’étude du procédé de projection de poudres de acier et carbure de titane. Ce chapitre débute par une partie bibliographique. Les dispositifs expérimentaux sont une caméra thermique (bande 3-5 microns), un pyromètre multi-longueurs d’onde (1-1. 27 microns). L’effet des différents paramètres opératoires sur les profils de température (vraie et de brillance) est ensuite examiné en détails. Le quatrième chapitre concerne l’étude du rechargement d’un substrat de TA6V avec de la poudre de même composition. Une caméra thermique (3-5 microns) calibrée à l’aide d’un corps noir permettait d’obtenir les champs de température
The manuscript contains four chapters including a general introduction presenting the optical diagnostics, followed by a chapter on the application of the selective laser melting and two chapters on a process of laser cladding. Chapter 1 is an introduction to optical diagnostics tools designed to measure the temperature of an object without physical contact. The importance of the choice of the spectral band as a function of temperature is also highlighted. Chapter 2 describes the study the process of selective laser melting. The first part concerns the description of the selective laser melting machine used. On this machine various optical elements have been added for visualization of powder layering process and the molten pool coaxially with the laser beam. Chapter 3 describes the study of laser cladding of titanium carbide and steel powders. This chapter begins with a bibliographical part. Thermal imaging camera (3-5 micron band) and a multi-wavelength pyrometer (1-1. 27 microns) were applied to monitor the zone of laser action. The effects of various operating parameters on the temperature profiles (true and brightness) were examined in detail. The fourth chapter describes the laser cladding on a substrate TA6V with powder of the same composition. A thermal imaging camera (3-5 microns) was applied to obtain the temperature distributions in the laser action zone

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Chen, Qiang. "Modélisation numérique thermomécanique de fabrication additive par fusion sélective de lit de poudre par laser : Application aux matériaux céramiques." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM004/document.

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Abstract:

L'application du procédé SLM est limitée par la difficulté à contrôler le procédé. Son application aux céramiques est particulièrement difficile en raison de leur faible absorption au laser et de leur faible résistance au choc thermique. La maîtrise de ce procédé nécessite une compréhension complète du transfert de chaleur, de la dynamique des fluides et de la mécanique des solides. Dans ce travail, nous proposons un modèle numérique pour la simulation du procédé SLM appliqué aux céramiques. Le modèle est développé à l'échelle du cordon et avec l'hypothèse d'un lit de poudre continu. Il est basé sur la méthode level set et l'homogénéisation multiphasique, avec laquelle nous sommes capables de suivre l'évolution de l'interface gaz/matière et les transformations de phase. La simulation dévelopée permet d'étudier l'influence des propriétés du matériau et des paramètres du procédé sur la température, la forme du bain liquide, la dynamique des fluides et la mécanique des solides. En dehors de la puissance du laser et de la vitesse de balayage, l'absorption du matériau est également importante pour la thermique et la forme du bain liquide. Avec la dynamique des fluides, la forme convexe du cordon est obtenue sous tension de surface. Les gouttelettes liquides se forment lors de la fusion de la poudre et créent une instabilité du bain. Ceci entraîne une irrégularité du cordon après solidification. L'effet Marangoni, provoqué par le gradient surfacique de la tension de surface, est étudié. Son influence sur la répartition de la température, la forme du bain liquide et la régularité du cordon est évoquée. Cet effet peut lisser la surface du cordon avec ∂γ/∂T négatif. En augmentant la vitesse de balayage, la surface du cordon devient plus irrégulière. L'effet de « balling » est reproduit avec une vitesse de balayage élevée. Cela peut être utile pour trouver le régime donnant une forme de cordon régulière étant données la puissance et la vitesse du laser. Le défaut de fissuration est délétère dans la fabrication additive. L'utilisation d'un laser auxiliaire peut aider à éviter ce défaut en diminuant la contrainte de traction maximale. Le mode de fonctionnement de ce laser auxiliaire reste un sujet intéressant à étudier et quelques pistes ont été données par les simulations présentées. Le modèle est validé par la comparaison de la forme du bain liquide avec des expériences dans différentes conditions de procédé. Les simulations peuvent également révéler la tendance de variation de la surface du cordon dans certains cas. Par la simulation de la déposition de cordons multiples, l'influence de taux de recouvrement sur la surface d'une couche, la température et l'évolution de contrainte est soulignée
The application of SLM process is limited by the difficulty of process control. Its application to ceramics is especially challengeable due to their weak absorption to laser and weak resistance to thermal shock. The mastery of this process requires a full understanding of heat transfer, fluid dynamics in melt pool and solid mechanics. In this work, we propose a numerical model for the simulation of SLM process applied to ceramics. The model is developed at the track scale and with the assumption of continuous powder bed. It is based on level set method and multiphase homogenization, with which we are able to follow the evolution of gas/material interface and phase transformation. Simulations are performed to study the influence of material properties and process parameters on temperature, melt pool shape, fluid dynamics and solid mechanics. Apart from the laser power and scanning speed, material absorption is also found to be important to the thermal behavior and the melt pool shape. With the fluid dynamics, convex shape of track cross section is achieved under surface tension. Besides that, liquid droplets collapsing formed by the melting of powder create melt pool instability when falling, thus leading to track irregularity after solidification. The Marangoni effect, caused by surface tension gradient at gas/material interface, is investigated. Its influence on temperature distribution, melt pool shape and track regularity is recognized. One interesting finding is the smoothing effect of track surface with negative ∂γ/∂T. When combine surface tension with scanning speed, track surface becomes more irregular with the increase of scanning speed. The well-known balling effect is reproduced with high scanning speed. This can be helpful to find the regime for regular track shape with given laser power and scanning speed. Cracking defect is deleterious in additive manufacturing. The use of an auxiliary laser can help to avoid this defect by decreasing the maximum tensile stress. The process mode of this auxiliary laser remains an interesting subject to be studied and some guidelines have been given by the presented simulations. The model is validated by the comparison of melt pool shape with experiments under different process conditions. Simulations can also reveal the tendency of track surface variation for certain cases. By the application to multi-track deposition, the influence of hatch distance on layer surface, temperature and stress evolution is emphasized

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Van, Belle Laurent. "Analyse, modélisation et simulation de l'apparition de contraintes en fusion laser métallique." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0116/document.

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Les procédés additifs, auxquels appartient la fusion laser de poudres métalliques, ont la capacité de créer des structures à géométries complexes, avec la possibilité d'intégrer des formes creuses, par exemple des canaux de refroidissement assurant un contrôle thermique optimum. Ce procédé permet de fabriquer des pièces réelles à partir de poudres métalliques, par fusion du matériau, couche par couche, en accord avec le modèle CAO. Au cours du procédé, de nombreux cycles thermiques et d'importants gradients thermiques se produisent dans la pièce au cours de sa fabrication. Ces gradients de température induisent des déformations plastiques hétérogènes et de ce fait des contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent nuire à la qualité de la pièce obtenue, par exemple sa résistance mécanique. Ces travaux ont pour objectifs de proposer un modèle numérique, s’appuyant sur la méthode des éléments finis afin d'étudier l'apparition des contraintes résiduelles lors du procédé de fusion laser de poudres métalliques. Le logiciel multiphysique ABAQUS® a été utilisé pour effectuer les analyses thermiques et mécaniques. La technique « d'ajout et de suppression des éléments » a été utilisée afin de simuler la fusion et la solidification de la matière au cours du procédé. Les propriétés mécaniques dépendantes de la température de l'acier maraging, utilisé dans notre cas, ont été obtenues à l’aide d’essais expérimentaux de caractérisations et intégrées dans le modèle. Les calculs sont réalisés de manière découplée, dans un premier temps le calcul thermique est effectué, puis les résultats sont utilisés pour réaliser le calcul mécanique et finalement prédire les champs de contraintes. Dans le cadre de ce travail, une méthode originale s'appuyant sur la technique de mesure des contraintes résiduelles par enlèvement de couches successives a été mise au point pour mesurer ces contraintes en direct au cours du procédé. Les résultats renseignent sur le niveau et la distribution des contraintes dans la pièce créée et le support. Deux paramètres ont été testés afin d'étudier leur influence sur le niveau des contraintes résiduelles : le temps d’étalement de la poudre entre deux couches successives et la hauteur des couches. Le modèle numérique paramétrable permet d'analyser les effets de paramètres liés au procédé sur la répartition des contraintes résiduelles dans les pièces fabriquées. Les résultats montrent que la variation de l'épaisseur du support n'affecte pas la répartition des contraintes dans la pièce créée. Le préchauffage du support à une température de 800°C réduit les contraintes résiduelles L'étude de quelques trajectoires laser montre leurs influences sur la répartition des déformations plastiques cumulées ainsi que la hauteur des couches de poudres ou de la forme du support (embase, colonnes)
The Selective Laser Melting process, belonging to Additive processes , have the ability to create structures with complex geometries , with the possibility of including cavities, such as cooling channels providing optimum temperature control. This process enables the manufacture of three-dimensional parts from metal powders by melting the material , layer by layer, in agreement with the CAD model. In the process , high temperatures and thermal gradients cycles occur in the part during the process. These temperature gradients induce heterogeneous plastic strain and residual stresses. These residual stresses may affect the quality of the part obtained, for example the fatigue life. This work aims to propose a numerical model , based on the finite element method to study the appearance of residual stresses during laser melting process of metallic powders . The ABAQUS® Multiphysics software was used to perform the thermal and mechanical analyzes. The movement of the laser beam and the resolution of the thermal problem can predict the evolution of the temperature in the part and support. The "birth and death elements" technique was used to simulate the melting and solidification of the material during the process. Dependent mechanical properties of the temperature of the maraging steel used in this case were obtained using experimental testing and characterization and were established in the model. The calculations are decoupled : initially thermal calculation is performed and the results are used to perform mechanical calculations and finally predict the residual stress fields. In this work, a novel method based on the technique of measuring residual stresses by removing layers was developed to measure these stresses directly in the process. The results provide information on the level and distribution of stresses in the created part and support. Two parameters were tested to study their influence on the level of residual stress : time to spread the powder between two successive layers and layer height. The model is used to analyze the effects of process parameters related to the distribution of residual stresses in the manufactured parts. The results show that the variation of the thickness of the support does not affect the distribution of stresses in the part created. Preheating the substrate to a temperature of 800 °C reduces the residual stresses. The study of some laser strategies shows their influence on the distribution of plastic strain thus the height of the layers of powder or in the form of support (base, columns)

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Royer, Frédéric. "Fonctionnement et singularités du procédé de fusion laser sélective : Illustration par application à deux superalliages à base nickel et considérations énergétiques." Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0053/document.

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Abstract:

Le procédé de fusion sélective par laser est un des nombreux procédés de fabrication additive qui permet la production rapide de pièces à partir d'un fichier CAO (conception assistée par ordinateur) et de lits de poudre. Après une description du fonctionnement du procédé par l'intermédiaire de ses paramètres opératoires, le manuscrit décrit les travaux entrepris pour l'élaboration de pièces en Inconel 625. Ce superalliage à base nickel a fait l'objet d'une étude paramétrique pour déterminer un jeu de paramètre optimal permettant de produire des pièces saines. Cette étude est basée sur des considérations énergétiques qui visent à maximiser le rendement de conversion de l'énergie électromagnétique en énergie thermique tout en assurant la cohésion entre couches. Des essais de traction valident la stratégie employée au niveau de l'étude paramétrique. Un second alliage est étudié, l'Inconel 738 qui est un superalliage renforcé par la précipitation d'une phase γ'-Ni3(Al,Ti). Les travaux entrepris ne concernent pas l'élaboration mais la caractérisation de l'alliage. Il est mis en évidence que celui-ci est dans un état hors de l'équilibre thermodynamique lorsque produit par fusion laser sélective. La précipitation de la phase durcissante n'est pas complète. Ce constat peut permettre d'éviter la fissuration de l'alliage pendant la fabrication en adaptant les paramètres opératoires, notamment au niveau du préchauffage. Une étude sur les traitements thermiques montre que la gamme appliquée traditionnellement à l'alliage coulé ne convient pas pour l'alliage élaboré par fusion sélective ; cette étude ouvre sur des alternatives. Enfin, ces travaux apportent quelques éléments de réponse quant à la pertinence énergétique du procédé
The selective laser melting (SLM) process is one of the many additive manufacturing processes that allow to rapidly build a part from a computer-aided design (CAD) file and from a powder bed. The work described here deals with the different parameters related to the process, namely the building platform stepping and the laser radiation and its interaction with the metallic matter. The first Ni-based superalloy studied here is Inconel 625 which has been subjected to a parametric study with an energetic approach. It was all about finding the maximum in the conversion of electromagnetic energy into thermal energy. Tensile tests validate the use of the energetic strategy for this alloy. The second studied alloy is Inconel 738 which is hardened by fine γ'-Ni3(Al,Ti) precipitates. Microstructure observations and differential thermal analysis reveal that the γ' precipitation is not complete when the alloy is processed by SLM. This leads to give clues for crack-free processing by adjusting the parameters and especially the preheating feature. Different heat treatments on SLMed materials have been investigated. It appears that the standard procedure applied on cast alloy to reach proper microstructure for good mechanical properties is not adapted to the SLMed alloy. New standards must be defined to comply with the initial out of equilibrium state. Last but not least, the manuscript gives information regarding the energetic use of the process which should be compared with the will of environmental impact reduction policy called by the process

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Galy, Cassiopee. "Etude des interactions matériau/procédé en vue d'une optimisation des conditions opératoires du procédé de fabrication additive SLM sur des alliages d'aluminium pour des applications aéronautiques." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0106/document.

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Abstract:

La fusion laser sélective d’un lit de poudres (Selective Laser Melting – SLM) connait un véritable essor depuis quelques années,notamment en ce qui concerne la production de pièces métalliques. La faible densité des alliages d’aluminium, conjuguée à l’optimisation de conception rendue possible grâce aux procédés de fabrication additive, assure un gain de masse des structures conséquent, ce qui intéresse fortement les industriels des domaines automobile et aéronautique. Cependant, les propriétés finales des pièces aluminium fabriquées par SLM dépendent des nombreux défauts sont générés lors de la fabrication (porosités, fissuration à chaud, état de surface, …). Cette thèse s’intéresse aux moyens de mieux maîtriser ces problèmes en explorant trois axes : Une identification et sélection des méthodes de caractérisations adaptées aux spécificités des matériaux métalliques élaborés par les procédés de fabrication additive « lit de poudre » a été mise en place. Par exemple, la comparaison de différentes méthodes de détermination de la densité relative de pièces nous a permis de montrer les avantages et inconvénients de chacune des techniques employées ; Une étude du moyen de fabrication SLM a mis en évidence l’influence de différents facteurs (flux de gaz, position des éprouvettes sur le plateau de construction, méthodes de dépôt de la poudre) sur les propriétés finales des pièces produites.Ces éléments ont un impact sur la densité des pièces, leurs propriétés de surface et leurs propriétés mécaniques. Nous avons ainsi constaté que la façon de positionner une pièce sur le plateau est une étape de la préparation d’une fabrication à ne pas négliger ; Les études paramétriques menées sur deux types d’alliages d’aluminium, AlSi7Mg0,6 et AM205, ont montré que la composition chimique de l’alliage d’aluminium employé influence de façon non négligeable le jeu de paramètres opératoires à appliquer pour fabriquer une pièce de manière optimale. La densité d’énergie volumique ψ, rapport de la puissance laser avec le produit de la vitesse de lasage, de la distance inter-cordons et de l’épaisseur de couche, est utilisée de façon classique pour l’optimisation des conditions opératoires en SLM. Nos études expérimentales à différentes échelles (1D et3D) ont permis de mettre en évidence les limites de ce critère. La combinaison de ces résultats à la simulation numérique du lasage d’un cordon de poudre a servi de base à la définition d’un premier modèle dont l’objectif sera à terme d’optimiser le choix des paramètres de fabrication
Interest in selective laser melting (SLM) has been growing in recent years, particularly with regard to the production of metal parts.The low density of aluminum alloys, combined with the possible design optimization enabled by additive manufacturing processes,ensures a significant decrease in the mass of structures which is very interesting for manufacturers in the automotive and aerospaceindustries. However, it is difficult to control the final properties of aluminum parts manufactured by SLM because many defects, suchas porosity, hot cracking, and surface roughness, are generated during the process. To better understand how to optimize theperformance of SLM aluminium parts, several studies were conducted during this work: An identification and selection of characterization methods well-adapted to the specificities of metallic materials developedby powder bed additive manufacturing processes was established. For instance, the comparison of different methods ofdetermining the relative density of parts showed the advantages and disadvantages of each of the techniques; A study of the SLM machine highlighted the influence of various factors (gas flow, positions of specimens on the constructionplate, or methods of depositing the powder) on the final properties of the produced parts. These elements have an impacton the density of the parts, their surface properties, and their mechanical properties. We found that the positioning of a pieceon the tray is a critical step in the preparation of a build that is not to be neglected; Parametric studies carried out on two types of aluminum alloys—AlSi7Mg0,6 and AM205—have shown that the chemicalcomposition of the aluminum alloy used has a significant influence on the set of operating parameters required tomanufacture an acceptable aluminum alloy part. The energy density, ψ, which is the ratio of the laser power to the productof the lasing speed, the hatching distance, and the layer thickness, is conventionally used for the optimization of the operatingconditions in SLM. Our experimental studies performed at different scales (1D and 3D) have shown the limits of this criterion.The combination of these results with the numerical simulation of the lasing of a single powder bead served as a basis forthe definition of an initial model, the final objective of which will be to optimize the choice of manufacturing parameters

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Moniz, da Silva Sancho Liliana. "Etude de l'interaction laser-matière pour la fabrication de pièces à haute valeur ajoutée en céramiques oxydes semi-transparentes par fusion laser sélective sur lit de poudre." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLM060.

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Abstract:

La mise en forme par fusion laser sélective (LBM) de céramiques oxydes (Al2O3-ZrO2 et Al2O3) a pour objectif l’obtention directe de pièces aux formes complexes et aux microstructures fines et dirigées qui ne peuvent être réalisées par le procédé conventionnel de frittage. Ces pièces légères, possédant une excellente tenue au fluage en température et à l’oxydation, pourront alors répondre aux problématiques d’allègement et d’augmentation de la température de fonctionnement des turboréacteurs, comparativement aux pièces métalliques revêtues de céramiques poreuses. La combinaison matériau/procédé repose sur l’ajout contrôlé d’un absorbant aux poudres céramiques pures, permettant de pallier leur quasi-transparence au rayonnement laser Yb:YAG. A travers la mesure des propriétés optiques, l’étude menée vise à identifier l’impact des paramètres du procédé, de la nature et teneur de l’absorbant, de la compacité du lit de poudre sur la stabilité du bain de fusion. Pour ce faire, des mesures radiatives innovantes en réflexion et en transmission ont été réalisées en cours de fabrication. Ces mesures en dynamique via une sphère intégrante informent sur les mécanismes d’interaction laser-matière des différents milieux traversés, et permettent d’accéder aux propriétés optiques associées. Ces données alimentent un modèle analytique d’interaction laser-matière basé sur l’atténuation du rayonnement par la loi de Beer-Lambert. Ce dernier fait le lien entre les dimensions des bains (largeur, profondeur), les propriétés radiatives des différents milieux concernés (lit de poudre, substrat et bain liquide), les coefficients d’absorption associés, les paramètres du procédé, l’épaisseur et la porosité du lit de poudre. Il constitue un outil pour exprimer analytiquement la forme et la section apparente fondue au sein du lit de poudre, celles de la zone refondue au sein du substrat ainsi que celles de la zone de consolidation au sein du lit de poudre. Certaines de ces données calculées et difficilement mesurables sont utiles pour alimenter un modèle de consolidation du lit de poudre prenant en compte les échanges de matière observés entre une zone dite dénudée (liée à l’éjection de particules du lit de poudre), et une zone dite de consolidation. La quantification de ces flux de matière, impactant fortement la fabrication par LBM de ces céramiques oxydes, a permis le développement d’une stratégie de construction spécifique qui compense la zone dénudée et évite le phénomène de points chauds. L’ensemble de ces données permet alors la mise en forme de pièces avec une porosité réduite et une microfissuration contrôlée
Selective laser melting of oxide ceramics (Al2O3-ZrO2and Al2O3) is identified as a promising way to produce complex shaped parts with oriented fine microstructures, which would not be achievable by conventional sintering. These lightweight parts, presenting excellent resistance to creep at high temperature and oxidation, would appear as the answer to weight reduction and temperature increasing of turbojet engines, as compared to the usual metal parts coated with porous ceramics. The material/process coupling relies on the controlled addition of an absorber to pure ceramic powders, that compensate the quasi-transparency of these materials to Yb:YAG laser radiation. The effect on optical properties of process parameters, absorbent nature and content, compactness of the powder bed and their influence on manufacturing stability are identified. For this purpose, innovative radiative measurements in reflection and in transmission were carried out during manufacturing and for different operating conditions. These dynamic measurements through an integrating sphere provide information on the laser-material interaction mechanisms taking place in each media and they give access to optical material properties. These measurements enrich an analytical laser-matter interaction model based on the radiation attenuation by the Beer-Lambert law. This model gives a relation between melt pool dimensions, radiative propertiesof the different media (powder bed, substrate and liquid) along with the associated absorption coefficients, the process parameters and powder bed porosity. This model expresses also the apparent melted section within the powder bed, the section of the melted zone within the substrate and the consolidation section within the powder bed. Some of these calculated data are not measurable and usefully contribute to a consolidation model of the powder bed. This model takes into account the material exchanges observed between so-called bare zones (linked to the ejection of powder particles) and consolidation zones. Quantification of these particles exchanges, which have a strong impact on the LBM of these oxide ceramics, allows the definition of a specific manufacturing strategy that compensates for the bare zone formation while avoiding the formation of hot spots. These data collection enables the manufacturing of LBM ceramic oxide parts with reduced porosity and controlled micro-cracking

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Masmoudi, Amal. "Modélisation et développement expérimental du procédé de fabrication additive par fusion laser sélective d'un lit de poudre métallique : influence de la pression de l'atmosphère." Thesis, Belfort-Montbéliard, 2016. http://www.theses.fr/2016BELF0287/document.

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Abstract:

Le procédé de fusion sélective par laser (SLM) d’un lit de poudre métallique, est un procédé de fabrication additive qui permet de fabriquer des pièces de forme complexe directement à partir d’un fichier CAO en passant par la fusion totale de couches de poudre déposées successivement. Au cours du procédé SLM l’apport d’énergie du laser à la cible engendre de nombreux cycles thermiques: fusion – vaporisation – solidification. Dans ce contexte, cette thèse a pour double objectif :1) une meilleure caractérisation et compréhension des phénomènes qui se produisent lors de l’interaction du faisceau laser avec la poudre et le bain de métal fondu à l’aide d’essais et 2) le développement d’un modèle numérique prenant en compte les phénomènes de fusion et de vaporisation de la matière ainsi que à la présence du gaz environnant à l’intérieur de la chambre de fabrication.Dans un premier temps, en considérant des géométries simples (cordons et surfaces) en acier inoxydable 316L, on a étudié l’interaction faisceau laser - lit de poudre / bain liquide métallique par différentes méthodes de diagnostics (spectrométrie, calorimètre, …) pour comprendre la nature et le rôle de la vapeur métallique générée au cours du procédé. Les résultats ont montré que cette vapeur est sans effet sur la transmission de l’énergie du laser à la matière au cours du procédé SLM. Par contre, elle conduit à la formation de condensats et peut aussi entrainer des gouttelettes de métal fondu.Ces analyses ont permis, dans un second temps, de développer un modèle numérique qui a pour objectif principal de caractériser l’influence de la pression du milieu environnant sur le processus de fusion du lit de poudre par le faisceau laser. Des paramètres caractérisant l’évolution des propriétés physiques du matériau et du milieu gazeux en fonction de la température et de la pression ont été intégrés dans les bases de données du modèle. Ces paramètres physiques du matériau ont été déterminés à partir de la littérature et d’autres ont été obtenus empiriquement à l’aide de mesures expérimentales spécifiques.Ce modèle numérique a été utilisé pour traiter le sujet principal de la thèse, à savoir celui de l’effet de la pression. Le modèle a permis de préciser les phénomènes physiques inhérents à la variation de la pression. Des manipulations expérimentales ont permis de vérifier la pertinence des données du modèle numérique proposé
The selective laser melting process (SLM) of a metallic powder bed is an innovative process that allows the manufacturing of complex shape parts directly from a CAD file via a complete melting of powder layers deposited successively. During the SLM process, the high laser energy density creates many thermal cycles: melting - vaporization - solidification.The purpose of this work was: 1) to better characterize and understand experimentally the phenomena that occur during the laser beam - powder / molten metal pool interaction and 2) to develop a numerical model taking into account the phenomena of melting and vaporizing of the material and the presence of the surrounding gas in the build chamber.In a first time, considering simple geometries (tracks and surfaces) and 316L stainless steel as material, we studied the interaction between the laser beam, the powder bed and the liquid metal pool using several experimental techniques (spectrometry, calorimetry, ...) in order to understand the nature and the role of the metal vapor generated during the process. The results showed that the vapor has no effect on the transmission of the laser beam energy to the material during the SLM process. Meanwhile it leads to the deposition of condensed vapor and also drag some molten metal droplets.In a second time a numerical model was developed to determine the influence of the pressure of the surrounding environment on the melting process of a powder bed by a laser beam. Parameters characterizing the evolution of the physical properties of the material and of the gaseous medium according to the temperature and pressure were incorporated into the model database. Some material parameters were determined from the literature and others were obtained empirically using specific experimental measurements.Finally, this numerical model, complementing experimental results, was used to treat the main subject of the thesis which is the effect of the surrounding pressure on the SLM process. The model helped to clarify the physical phenomena provided by the change in the pressure level and its validity was checked through experimental measurements

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Vinson, Pierre. "Fusion sélective par laser de lits de poudre : Étude sur le recyclage de la poudre et détection de défauts au cours de la fabrication par imagerie thermique." Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0068.

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Abstract:

La fabrication directe et additive regroupe un ensemble de technologies de mise en forme des matériaux en rupture avec les procédés conventionnels. L'industrie aéronautique et aérospatiale s'intéresse fortement à ces nouveaux procédés, dont la fusion sélective par laser de lits de poudre métallique (SLM). Cette thèse présentera les enjeux de la fabrication additive ainsi que certains procédés. Une étude bibliographique a été menée sur deux alliages aéronautiques utilisés dans ces travaux : l'alliage de titane TA6V et le superalliage base nickel Nimonic 263. Les travaux présentés dans ce rapport comprennent l'étude de la poudre métallique brute d'atomisation (morphologie, granulométrie, composition chimique). D'autre part, l'étude de la recyclabilité de la poudre utilisée en SLM est présentée pour le TA6V, tant en ce qui concerne l'évolution de la poudre elle-même que celle des propriétés mécaniques des pièces qui en sont issues. Par ailleurs ce travail traite d'un modèle de consolidation du lit de poudre permettant également d'évaluer la productivité du procédé. Enfin, une étude paramétrique et thermique menée sur le Nimonic 263 en vue de l'établissement d'une solution de contrôle procédé est présentée
Direct and additive manufacturing regroups several new technologies that are very different from conventional manufacturing processes such as casting. Aeronautic and space industries are really interested in those new processes such as the selective laser melting of metallic powder beds know as the SLM process. This PhD thesis report will show the issues of additive manufacturing and will describe some processes. A bibliography study has been done on two aeronautical alloys used in this work: titanium alloy TA6V and nickel-based superalloy Nimonic 263. This work also presents powder characterization (granulometry, morphology chemical composition) for the gas atomized powder. Besides, study has been done on the recyclability of the TA6V powder for the SLM process, for the powder itself and the mechanical properties of parts built from recycled powder. Moreover, this works deals with a powder bed consolidation model to estimate the productivity of the process. Then, a parametric and thermal study has been done on the Nimonic 263. The coaxial system for thermal visualization is described such as the image processing algorithm used. Finally, this reports deals with the study of thermal signature of typical SLM defects

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Vilaro, Thomas. "Fabrication directe de pièces aéronautiques et spatiales en Nimonic 263 et A360 par le procédé de fusion sélective par laser : approche thermique, microstructurale et mécanique." Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0116.

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Abstract:

La fusion sélective de lits de poudre est un procédé très prometteur pour l’industrie aéronautique et spatiale car il permet de générer des pièces complexes directement à partir d’empilements de couches de poudre métallique. Étant donné que seul un fichier CAO est nécessaire, une diminution du temps de développement et d’optimisation des pièces est observée. A cause de son manque de maturité, les pièces produites présentent encore quelques défauts de fabrication tels que des manques de fusion. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre les phénomènes thermiques, métallurgiques et mécaniques engendrés au cours de la fabrication additive d’une pièce. Les matériaux de l’étude sont un superalliage base nickel Nimonic 263 et un alliage d’aluminium A360. Une machine industrielle a été modifiée afin de recevoir des instruments de mesure de température sans contact dans le but de suivre l’évolution de la vitesse de chauffe et de refroidissement tout comme les gradients thermiques en amont et en aval du bain. Il est montré que ces caractéristiques thermiques varient fortement avec les paramètres opératoires du premier ordre et notamment avec la vitesse de balayage du faisceau laser. A cause de ces conditions thermiques particulières, les microstructures des alliages Nimonic 263 et A360 sont hors d’équilibre. Deux stratégies de traitement thermique ont été développées à partir de la microstructure brute de fabrication. La stratégie haute température implique une étape d’homogénéisation puis une étape de précipitation des phases renforçantes. La stratégie basse température est composée d’un recuit à moyenne température et permet de détensionner les contraintes résiduelles tout en conservant la microstructure fine du brut de fabrication. Ces différents états métallurgiques pour chacun des deux alliages sont ensuite caractérisés en traction à température ambiante. Le Nimonic 263 présente des propriétés mécaniques élevées bien que quelques défauts de fabrication sont observables sur les faciès de rupture. Il est noté une forte anisotropie entre la direction longitudinale et la direction transverse à cause de la croissance orientée des grains. Les propriétés de traction de l’A360 sont proches du matériau coulé et ce quel que soit le traitement thermique appliqué
Selective laser melting process has attracted a lot of attention from the aeronautical and spatial industry because it is possible to build up complex shaped parts directly out of powder beds. Thanks to its automation, the only requirement is a CAD file. Due to its lack of maturity, the parts elaborated by selective laser melting still present some defects such as lack of melting, needing postfabrication stages. This study is aimed at understanding the thermal, microstructural and mechanical phenomenon arising during additive manufacturing. The alloys of the study are a nickel base superalloy Nimonic 263 and an aluminium alloy A360. An industrial laser melting machine has been equipped with infrared thermal measurement devices in order to follow the evolution of the heating and the cooling rates, and the thermal gradients ahead and at the back of the melting pool. It is shown that the thermal behaviour of the process is strongly influenced by the major process parameters and especially the scanning speed of the laser beam. Due to the particular thermal regime of the process, the resulting microstructures of the Nimonic 263 and A360 are out-of-equilibrium. This workenables to follow the solidification path from the liquid to the solid for both alloys. Heat treatments based upon the as-fabricated microstructures are developped following two strategies. The high temperature strategy involves a solution treatment and a precipitation treatment in order to strengthen the alloys. The low temperature strategy comprises a medium temperature range treatment to relieve the residual stresses while maintaining the fine as-fabricated microstructrure. These various microstructures are tested in tension at room temperature. The Nimonic 263 exhibits high mechanical properties even though some manufacturing defects are observed on the fracture surfaces. It is noted a strong anisotropy between the longitudinal and the transverse direction because of the epitaxial grain growth. The mechanical properties of the A360 are close to the conventional cast properties and so whatever the heat treatment carried out

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Domashenkov, Alexey. "Etude de la faisabilité de la fabrication de pièces fonctionnelles à partir d'alliages intermétalliques, matériaux métallo-céramiques et superalliages au moyen de la fusion sélective par laser." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEE004.

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Abstract:

La présente étude doctorale est dédiée à l'élaboration de superalliages et de matériaux non-conventionnels (céramo-métalliques et intermétalliques) au moyen de la technique de la fusion sélective par laser. Plus particulièrement, le mémoire est centré sur les relations entre des paramètres du processus, des aspects de la science des matériaux et des propriétés résultantes. Le chapitre 1 présente le principe de la technique empliquée et une étude bibliographique des alliages métalliques courants pour la fusion sélective par laser (SLM). Le chapitre 2 est dédié à la description de superalliages, de matériaux céramo-métalliques et d'intermétalliques. Les problématiques, liées au traitement par laser des alliages impliqués, sont étudiées. Les résultats de la mise au point de la poudre du superalliage monocristallin Thymonel-2 pour SLM sont décrits dans le chapitre 3. Trois cycles de post-traitement thermique ont été étudiés. Les résultats de SLM de la poudre B4C, enrobée par une couche de Co pur, sont montrés dans le chapitre 4. Les micro- et macrostrutures, aussi bien que la composition de phases des échantillons ont été analysées. Le chapitre 5 est consacré à la mise au point des poudres de WC/Co standard et nanostructurée. Une dépendance de la taille résultante de cristallites WC par rapport à la taille initiale a été trouvée. L'étude du chauffage de l'alliage intermétallique NiTi pendant SLM fait l'objet du chapitre 6. Les résultats en inox 304L, en alliage Ti-6Al-4V et en superalliage Inconel 718 ont été utilisés dans les essais. Le chapitre 7 est dédié au diagnostic optique pendant la formation de cordons unitaires en alliage intermétallique TiAl, ainsi qu'à l'analyse de spécimens élaborés à partir de cet alliage. Les courbes de chauffage et de refroidissement ont été obtenues au moyen d'un pyromètre et d'une caméra thermique. Le chapitre 8 décrit le développement d'un modèle mathématique de processus thermiques (cycles thermiques après plusieurs passages lasers) pendant le traitement d'un matériau par une source d'énergie concentrée. Le domaine d'application de ce modèle a été analysé
Processing of superalloys and non-conventional materials (cermets and intermetallics) by means of selective laser melting is the subject of the current study. The particular attention is paid to relations between process parameters, aspects of the materials science and resulting properties. Chapter 1 describes the principles of the involved technology and the literature review of standard materials in selective laser melting (SLM). Chapter 2 is devoted to the description of superalloys, cermets and intermetallic alloys. Issues related to laser treatment of the involved alloys are investigated. Chapter 3 describes of a single crystal superalloyThymonel-2. Three post heat treatment cycles are studied. Results of selective laser melting of ceramic powder particles B4C, cladded by a layer of pure cobalt, are shown in chapter 4. Analysis of micro- and macrostructures, as well as phase analysis, are performed. Chapter 5 is dedicated to SLM of WC/Co standard and nanophased powders. There are demonstrated strict relations between the initial size of WV elementary domains and the resulting one. Studying of the heating procedure during laser processing of NiTi is the subject of the chapter 6. Stainless steel 304L, titanium alloy Ti-6Al-4V and superalloys. Inconel 718 were used as building substrate materials. Chapter 7 is dedicated to the optical diagnostics of unitary track formation from aluminide of titanium, as well as to analysis of specimens obtained from this intermetallic alloy. The diagnostics was perfomed by means of a single-wave pyrometer and a thermographic camera. Chapter 8 describes the development of a mathematical model of thermal cycles during processing of a material by a concentrated source of energy. The applicability domain of the model is analyzed by the comparison of the simulation results with the experimental ones

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Grange, David. "Fusion laser sélective de pièces en Inconel 738 et René 77 : vers une maîtrise de la fissuration au cours du procédé pour les superalliages à haute fraction de précipités γ'." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLM029.

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Abstract:

La fusion laser sélective sur lit de poudres (LBM) ouvre de nouvelles opportunités pour la fabrication d’équipements aéronautiques. Elle accroît la liberté de conception et permet des itérations plus rapides, du prototype jusqu’à la pièce finale. L’Inconel 738 et le René 77 sont des superalliages base nickel à durcissement structural : les précipités γ′ – dont la fraction atteint 45 vol % – confèrent aux matériaux une tenue au fluage élevée au-dessus de 900◦ C, mais rend leur mise en forme par LBM plus complexe. Soumis à des gradients thermiques importants lors du passage du faisceau laser, les pièces en Inconel 738 peuvent se fissurer pendant la fabrication. À l’instar de l’Inconel 738, certains superalliages difficilement soudables ne sont aujourd’hui pas éligibles à une mise en forme par LBM. Notre travail cherche à mieux comprendre les mécanismes de fissuration et à proposer une méthode de fabrication adaptée à ces matériaux. Nous confirmons l’apparition de fissures microscopiques lors de la solidification, juste après la fusion laser. Une fissuration minimale du matériau est obtenue avec des bains de fusion de petite taille et un fort recouvrement entre deux bains adjacents. Ce résultat est interprété grâce à la théorie de la solidification. Nous révélons ensuite une fissuration macroscopique lors du traitement thermique postérieur à la fusion laser, au cours de la première rampe de chauffage, à partir de 700◦ C. Les macrofissures résultent de contraintes résiduelles élevées et d’une précipitation γ′ hyperfine à basse température. L’Inconel 738 est plus sensible que le René 77 aux deux types de fissures, en raison d’une composition différente de la phase γ′ et de la teneur en éléments traces. Enfin, un second laser de chauffage est utilisé pour contrôler le gradient thermique et la vitesse de refroidissement à proximité du bain de fusion. Nous démontrons l’intérêt d’un tel système pour la mise en forme de matériaux réfractaires
Laser Beam Melting (LBM) opens up new opportunities for the manufacturing of aerospace equipment. This process increases design freedom and enables faster iterations from prototype to final part. Inconel 738 and René 77 are nickel-based superalloys with a precipitation hardening: the γ′ precipitates - whose fraction reaches 45 vol % - provide a high resistance to creep over 900◦ C, but make their shaping by LBM more complex. During the scanning of the laser beam, the materials are subjected to a high thermal gradient. Parts in Inconel 738 can therefore crack during the fabrication. Like Inconel 738, some non-weldable nickel-based superalloys are currently ineligible for a manufacturing by LBM. Our work seeks to make it possible to form such materials by LBM. We confirm the occurrence of microscopic cracks during solidification, just after laser fusion. Minimal cracking of the material is achieved with small melt pools and a high overlap between two adjacent pools. This result is discussed in the light of solidification theory. We then find evidence of macroscopic cracking during the heat treatment after the fabrication by LBM, more precisely during the first heating ramp oft he solution heat treatment, starting from 700◦ C. The cracking is the result of high residual stresses and of a hyperfine γ′ precipitation at low temperature. Inconel 738 is more susceptible than René 77 to both types of cracking due to a different composition of the γ′ phase and trace elements content. Finally, a second heating laser is used to control the thermal gradient and the cooling rate near the molten bath. We demonstrate the value of such a system for the shaping of refractory materials

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Massard, Quentin. "Compréhension et maîtrise de la mise en oeuvre en fabrication additive d’aciers à haute teneur en carbone tel que le 100Cr6 par fusion sélective par laser sur lit de poudre." Electronic Thesis or Diss., Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDL0024.

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Abstract:

De nos jours, la production de pièces en acier par fabrication additive (FA) est un sujet central dans le monde de l’industrie, y compris l’automobile. En effet, les possibilités qu’offrent la fabrication additive sont diverses et nombreuses (allègement, formes complexes, …). Le 100Cr6 est un acier à hautes performances mécaniques, principalement utilisé pour la production de roulements à billes, en raison de son importante dureté et résistance à la fatigue. Une étude de processabilité de l’acier 100Cr6 par fusion selective par laser sur lit de poudre a tout d’abord été réalisée. Après avoir caractérisé les propriétés physiques et chimiques du matériau, des échantillons denses et non fissurés ont pu être produits au travers d’une optimisation paramétrique. Un cycle de post-traitement a pu être défini et des essais de traction plane et de fatigue par flexion rotative ont pu être réalisés.Afin de comprendre et maîtriser le phénomène de fissuration du 100Cr6 lors de son emploi par L-PBF une étude métallurgique approfondie (microdureté, imagerie optique, MEB, DRX, EBSD) a pu être menée. L’influence de l’emploi du plateau chauffant quant à la formation de Bainite et de Martensite et leur impacte sur la fissuration a pu être mis en évidence.Enfin, une étude de recyclabilité de la poudre de 100Cr6 oxydée a pu être réalisée à travers l’utilisation d’une machine de sphéroïdisation par plasma radiofréquence. Un débit d’alimentation de poudre dans le plasma permettant de régénérer les propriétés physiques et rhéologiques de la poudre a pu être défini. Une méthode de nettoyage permettant d’améliorer les propriétés chimiques de la poudre a également été proposé
Nowadays, the production of steel parts by additive manufacturing (AM) is a central topic in the world of industry, including automotive. Indeed, the possibilities offered by additive manufacturing are diverse and numerous (weight reduction, complex shapes, ...). 100Cr6 is a high mechanical performance steel, mainly used for the production of ball bearings, due to its high hardness and fatigue resistance. A processability study of 100Cr6 steel produced by selective laser melting on powder bed was first performed. After having characterized the physical and chemical properties of the material, dense and non-cracked samples were produced through a parametric optimization. A post-treatment cycle was defined and plane tensile tests and rotary bending fatigue tests were performed.In order to understand and control the cracking phenomenon of 100Cr6 when used in L-PBF, a thorough metallurgical study (microhardness, optical imaging, SEM, XRD, EBSD) was conducted. The influence of the use of the heating plate on the formation of Bainite and Martensite and their impact on cracking was highlighted.Finally, a recyclability study of the oxidized 100Cr6 powder was carried out through the use of a radiofrequency plasma spheroidization machine. A powder feed rate in the plasma allowing to regenerate the physical and rheological properties of the powder was defined. A cleaning method to improve the chemical properties of the powder was also proposed

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Marion, Guillaume. "Modélisation de procédés de fabrication additive de pièces aéronautiques et spatiales en Ti-6AI-4V par dépôt et fusion sélective d'un lit de poudre par laser : Approche thermique, métallurgique et mécanique." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM055.

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Abstract:

La fabrication additive est une famille de procédés permettant de construire des pièces finies, saines, de géométries très complexes, tout en diminuant le temps de développement des pièces, les coûts et les délais vis-à-vis des techniques de fabrication conventionnelles. Le point commun à tous ces procédés est de construire une pièce directement à partir des données CAO définissant sa géométrie sans outillage autre que la machine de fabrication additive.Cette thèse de Doctorat s'inscrit dans le projet de recherche FALAFEL (Fabrication Additive par procédé LAser et Faisceaux d’ÉLectrons) rassemblant les filières aéronautique et procédés laser dans le but de mettre en œuvre, d’améliorer et de valider des procédés de fabrication additive de pièces métalliques, dans des conditions industrielles et sur des composants aéronautiques.L'objectif est de proposer un modèle numérique permettant d’obtenir, dans des temps raisonnables, des informations sur les caractéristiques thermique, métallurgique et mécanique de pièces industrielles en titane Ti-6Al-4V destinées à être fabriquées par deux procédés de fabrication additive : la projection de poudre (Direct Metal Deposition ou DMD) et la fusion laser sélective (Selective Laser Melting ou SLM)
Additive manufacturing processes allow to build finished industrial parts with very complex geometry, while reducing development time and costs compared to conventional manufacturing processes. The main principle of all these processes is to build components directly from a CAD file defining its geometry without requiring any mold nor specific tools.This study is part of the FALAFEL research project focused on additive manufacturing processes by laser and electron beams. It is composed of academic research laboratories and industrial partners from Aeronautics and Laser Processes industries. The main goal of this project is to implement, improve and validate additive manufacturing processes regarding the production of metallic components for Aeronautics. Studies are conducted under industrial conditions.The aim of our thesis is to provide a numerical model to obtain, within a reasonable time, information about the mechanical and metallurgical properties of industrial components made out of titanium Ti-6Al-4V. It is aimed at two additive manufacturing processes: the Direct Metal Deposition (DMD) and the Selective laser melting (SLM)

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Autones, Lucas. "Élaboration d’aciers ODS (Oxide Dispersion Strengthened) par fabrication additive laser et cold spray : compréhension des relations procédés - microstructures." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2022. http://www.theses.fr/2022ULILR004.

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Abstract:

Les aciers ODS (Oxide Dispersion Strengthened) ferrito-martensitiques sont des matériaux qui présentent une très bonne résistance au fluage et au gonflement sous irradiation. Ces propriétés en font des candidats très étudiés pour les matériaux de gainage des réacteurs de génération IV, ou de structure pour les réacteurs à fusion thermonucléaire. La dispersion des nano-oxydes qui renforcent le matériau est obtenue par métallurgie des poudres. Le co-broyage d’une poudre d’acier atomisée avec une poudre d’oxyde (Y2O3) conduit à la dissolution de l’oxyde dans la matrice. Lors de la consolidation à chaud (CIC ou extrusion à chaud) la précipitation des nano-oxydes a lieu. La conception de composants avec ces matériaux et leur géométrie finale pourraient être améliorée grâce à la fabrication additive (FA). Les récentes évolutions des technologies de FA pourraient permettre de diminuer les délais et coûts de production, tout en augmentant la complexité géométrique et fonctionnelles des pièces. Elles offrent une nouvelle liberté de conception par rapport aux procédés de fabrication soustractive conventionnels.L’objectif de ces travaux de thèse a été d’évaluer les potentiels de différentes techniques de fabrication additive (SLM, DMD, et Cold Spray) pour les aciers ODS.Trois types de poudre ODS (co-broyée, composite et STARS) ont été obtenus pour déterminer les couples poudre – procédé les plus intéressants. Les matériaux élaborés à partir de ces différentes combinaisons ont été caractérisés à plusieurs échelles. Leur quantité de défauts macroscopiques (porosités, fissures) a été analysé afin d’optimiser les paramètres de fabrication. Leur microstructure granulaire a été observée avant et après recuit à 1100 °C par microscopie optique, électronique et EBSD. La nano-précipitation a été analysée par MEB, MET et par diffusion des rayons-X aux petits angles. Une méthode d’analyse d’image alliant des acquisitions en microscopie électronique en haute définition et un logiciel par apprentissage supervisé a été utilisée. Enfin, les propriétés mécaniques de traction à chaud des différents matériaux ont été évaluées et sont en bon accord avec leurs caractéristiques microstructurales.Les résultats obtenus indiquent que les procédés de fabrication laser (SLM, DMD) ne permettent pas d’obtenir des aciers ODS avec de bonnes performances, quel que soit le type de poudre utilisé. L’yttrium forme des phases grossières fragiles et la population de nano-précipités est peu dense. Cela conduit à des propriétés de traction équivalentes à un acier non renforcé. La méthode d’élaboration d’une poudre composite mise en place permet néanmoins d’adapter très facilement la nature et teneur des renforts ajoutés. L’utilisation de renforts TiC conduit à des microstructures très fines et composées de grains équiaxes. Ces microstructures atypiques en fabrication additive laser offrent des perspectives intéressantes.Les aciers ODS obtenus par cold spray à partir d’une poudre co-broyée présentent des caractéristiques semblables à des aciers ODS conventionnels. Après recuit, ceux-ci présentent une microstructure similaire aux aciers ODS obtenus par CIC. Toutefois, les grains grossiers occupent une fraction plus importante de la microstructure, ce qui atteste d’une recristallisation plus avancée. La dureté et la limite élastique moins élevées de ce matériau par rapport à son équivalent CIC confortent ce résultat qui est encourageant pour mettre en forme le matériau. La grande densité de nano-oxydes Y-Ti-O dans l’acier ODS Cold Spray lui permet d’avoir une résistance mécanique à 700 °C supérieure de 50 MPa par rapport à l’ODS CIC. Le matériau Cold-Spray présente toutefois une perte de ductilité qu’il conviendra de mieux comprendre afin de proposer des solutions. Les analyses conduites ont permis de proposer des mécanismes pour expliquer ce comportement qui serait causé par la présence de microfissures et de porosités dans la pièce
ODS (Oxide Dispersion Strengthened) steels are materials that exhibit very good resistance to creep and swelling under irradiation. These properties make them good candidates for cladding materials in Generation IV reactors, or for structural materials in thermonuclear fusion reactors. The dispersion of the nano-oxides, which reinforce the material, is obtained by powder metallurgy. Mechanical-alloying of an atomized steel powder with an oxide powder (Y2O3) results in the oxide dissolution in the matrix. During hot consolidation (hot isostatic pression or hot extrusion), the precipitation of the nano-oxides takes place. Designs of component with these materials and their final geometry could be improved using additive manufacturing.Since the 2010s, recent developments in additive manufacturing technologies could enable to reduce lead times and costs, while increasing the geometric, hierarchical and functional complexity of parts. They pave the way to new freedom of design compared to conventional subtractive manufacturing processes.The objective of this thesis work was to assess the potentials of different additive manufacturing techniques (SLM, DMD, and Cold Spray) for ODS steels.Thus, three types of ODS powder (mechanically-alloyed, composite and STARS) were obtained to determine the most interesting powder-process combinations. The materials produced from these different combinations have been characterized at several scales. The amount of macroscopic defects (porosities, cracks) was analyzed in order to optimize the manufacturing parameters. Their granular microstructure was observed before and after annealing at 1100 °C by optical and electron microscopy (SEM, EBSD). The nano-precipitation was analyzed by SEM, TEM and by small angle X-rays scattering. An image analysis method combining high definition electron microscopy images and a machine learning software was implemented. Finally, the high temperature tensile properties of these different materials were evaluated and are in good agreement with their microstructural characteristics. The comparison of the whole characterization results enabled to select the relevant manufacturing paths.The results obtained indicate that laser additive manufacturing processes (SLM, DMD) lead to ODS steels with low performance, regardless the type of powder used. The yttrium content can greatly decrease after consolidation. It also forms fragile Y-rich coarse phases, and the density of the nano-precipitates population appears very low. These microstructural characteristics induce tensile properties equivalent to those of an unreinforced steel. Nevertheless, the composite powder elaboration method implemented in this work makes it very easy to adapt the nature and content of the reinforcements added to the base powder. Using TiC nano-particles, very fine microstructures composed of equiaxed grains were obtained. These unusual microstructures in laser additive manufacturing offer interesting prospects.ODS steels obtained by cold spray from a mechanically-alloyed powder have characteristics similar to conventional ODS steels. After annealing, these materials have a microstructure similar to the ODS steels obtained by HIP. However, the coarse grains take up a much larger fraction of the microstructure and attest to a more advanced recrystallization. The lower hardness and elastic limit of this material compared to its HIP equivalent confirm this result, which is very encouraging if further shaping should be aimed. The very high density of Y-Ti-O nano-oxides in the Cold Sprayed ODS steel enables to achieve a mechanical resistance at 700 °C which is 50 MPa higher than the HIPed ODS. However, this material exhibits a loss of ductility which will have to be resolved. The analyzes carried out enabled to suggest two mechanisms to explain this damage, which would be caused by the presence of microcracks and porosities in the part

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Chniouel, Aziz. "Etude de l’élaboration de l’acier inoxydable 316L par fusion laser sélective sur lit de poudre : influence des paramètres du procédé, des caractéristiques de la poudre, et des traitements thermiques sur la microstructure et les propriétés mécaniques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS379/document.

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Abstract:

Dans le domaine de la métallurgie, la fabrication additive (FA) est un procédé de mise en forme des matériaux en pleine expansion dans plusieurs secteurs industriels tels que l’aéronautique, le spatial et l’automobile. L’exploitation des procédés de FA pour des applications dans l’industrie nucléaire est actuellement en cours d’étude dans différents pays. La FA permet d’élaborer des pièces optimisées avec des géométries complexes impossibles à réaliser avec les procédés conventionnels. Dans ce cadre, les travaux réalisés au cours de cette thèse visent à déterminer l’apport potentiel des procédés de FA pour la réalisation de composants métalliques pour diverses applications nucléaires dont les futurs réacteurs de Génération IV. Cette thèse présente les propriétés microstructurales et mécaniques de pièces en acier inoxydable 316L réalisées par procédé de fusion laser sélective sur lit de poudre (SLM, Selective Laser Melting). Trois thématiques ont été abordées dans cette étude : les paramètres du procédé SLM, les caractéristiques de la poudre et deux post-traitements thermiques (700°C-1h et compression isostatique à chaud : 1100°C-3h sous 1800 Bar). Leurs effets sur la microstructure et les propriétés mécaniques ont été analysés. Les propriétés en traction sur des éprouvettes en acier 316L ont été mesurées et comparées à celles d’un acier 316L forgé décrit par la norme RCC-MRX utilisée dans le domaine du nucléaire. Les résultats obtenus sont supérieurs à ceux de la norme et comparables à ceux d’un acier forgé. Cette thèse a permis de mieux cerner les interactions entre les paramètres liés au procédé, la microstructure et les propriétés mécaniques
Additive Manufacturing (AM) recently became an attractive manufacturing process in several industrial fields such as aeronautics, aerospace and automotive. The exploitation of AM processes for the nuclear industry is currently being studied in different countries. The AM enables the creation of optimized parts with complex geometries impossible to manufacture with conventional processes. This thesis aims to determine the potential contribution of AM processes for the production of metal components for various nuclear applications including future Generation IV reactors. First, the microstructural and mechanical properties of 316L stainless steel parts built by Selective Laser Melting (SLM) process are presented. Three thematics were assessed in this study: the SLM process parameters, the powder characteristics and two post heat treatments (700 ° C-1h and hot isostatic pressing: 1100 ° C-3h under 1800 Bar). Their effects on microstructure and mechanical properties were analyzed. Tensile properties of 316L steel specimens were measured and compared to those of forged 316L steel described in the nuclear field by RCC-MRX standards. The results obtained are superior to those of the standard and comparable to those of a forged steel. This thesis contributes to a better understanding of interactions between the process parameters, the microstructure and the mechanical properties

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Chang, Cheng. "Study on the Microstructure and Characteristics of CX Stainless Steel Formed via Selective Laser Melting." Thesis, Troyes, 2021. http://www.theses.fr/2021TROY0021.

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Abstract:

Bien que l'acier CX ait attiré l'attention, une recherche systématique sur l'acier CX fondu au laser sélectif (SLM) fait encore défaut. Cette étude vise à combler cette lacune de recherche en se concentrant sur la conception des matériaux, la fabrication, les macro/microstructures, le post-traitement et les propriétés des matériaux de l'acier SLM CX. Pour explorer l'effet des paramètres SLM et du post-traitement sur les macro/microstructures de l'acier CX, une étude sur les caractéristiques de microstructure et les propriétés des matériaux de l'acier SLM CX a été menée. Avec une densité d'énergie optimale, des échantillons d'acier SLM CX avec une bonne rugosité de surface et une densité relative élevée peuvent être obtenus. Pour améliorer les performances globales de l'acier SLM CX, une étude a été réalisée sur les composites d'acier SLM TiC/CX sous différentes teneurs en carbure de titane. De l'acier SLM 10% en poids TiC/CX presque entièrement dense avec une bonne rugosité de surface peut être obtenu. Deux types de méthodes de modification de surface ont été appliqués afin d'améliorer la qualité de surface de l'acier SLM CX. Des revêtements haute performance LC 5% en poids WC/NiCrBSi-WC avec une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure ont été fabriqués sur l'acier SLM CX via la technologie de revêtement laser. De plus, une méthode de traitement d'usure mécanique de surface a été utilisée pour améliorer les propriétés de surface de l'acier SLM CX. En bref, ce travail sera utile pour des recherches ultérieures sur l'acier SLM CX
Although CX steel has gained considerable attentions, a systematic research on the selective laser melted (SLM) CX steel is still lacking. For this reason, this study aims to fill this research gap by focusing on the material design, manufacturing process, microstructural evolution, post-processing methods and material properties of the SLM CX steel. Aiming to explore the effect of SLM process parameters and post-processing methods on the microstructure and properties of the CX steel, a systematic study on the microstructural evolution and material properties of the SLM CX steel was conducted. Under optimal linear density, SLM CX steel samples with good surface roughness and high relative density can be fabricated. In order to further improve the overall performance of the SLM CX steel, a thorough study was carried out on the SLM TiC/CX steel composites under different titanium carbide contents. Nearly full dense SLM 10wt.% TiC/CX steel with favorable surface roughness can be attained. Two types of surface modification methods were applied so as to ameliorate the surface quality of the SLM CX steel. High-performance LC 5wt.% WC/NiCrBSi-WC coatings with ultra-high hardness and exceptional wear resistance were successfully manufactured on the SLM CX steel via LC technology. Additionally, an advanced surface mechanical attrition treatment method was utilized to enhance the surface properties of the SLM CX steel. In short, this work will be useful for further research of the SLM CX steel

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Liu, Xin. "Numerical modeling and simulation of selective laser sintering in polymer powder bed." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI012/document.

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Abstract:

La fabrication additive est l’un des secteurs industriels les plus en développent ces dernières années. L’une de ces technologies de fabrication les plus prometteuses est la fusion laser sélective (SLS), et relève d’un intérêt croissant aussi bien industriel qu’académique. Néanmoins, beaucoup de phénomène mis en jeu par ce procédé demeure non encore bien compris, entravant ainsi son développement pour la production de pièces de bonne qualité pour des applications industrielles. L’objectif de cette thèse est de développer un cadre de simulation numérique permettant la simulation du procédé SLS pour des poudres de polymère afin de comprendre les multiples et complexes phénomènes physiques qui se produise lors du frittage laser et d’étudier l’influence des paramètres du procédé sur la qualité du produit final. Contrairement aux approches classiques de modélisation numérique, basées sur la définition de matériaux homogène équivalents pour la résolution des équations de bilan, nous proposons une simulation globale du procédé du frittage laser de poudres, en utilisant la méthode des Eléments Discrets (DEM). Cela consiste en un couplage entre quatre sous-modèles : transferts radiatif dans le milieu granulaire semi-transparent, conduction thermique dans les milieux discrets, coalescence puis densification. Le modèle de transferts par rayonnement concerne l’interaction du faisceau laser avec le lit de poudre. Plusieurs phénomènes sont ainsi pris en compte, notamment la réflexion, la transmission, l’absorption et la réfraction. De plus, une méthode de Monte-Carlo couplée à la méthode du Lancer de rayons est développée afin d’étudier l’influence de la réfraction sur la distribution de l’énergie du laser dans le lit de poudre. Le modèle de conduction dans des milieux discrets décrit la diffusion thermique inter-particules. Finalement, le modèle de frittage décrit les cinétiques de coalescence et de diffusion de l’air dans le polymère et densification du milieu. Cela permet de décrire les cinétiques de fusion des grains, dont l’énergie de surface et la diffusons de l’air sont les deux moteurs principaux. Le couplage entre les différents modèles nous a permis de proposer un modèle numérique global, validé grâce à des comparaisons à des résultats de simulations théoriques et expérimentales, trouvés dans la littérature. Une analyse paramétrique est alors proposée pour la validation du modèle et l’étude du procédé. L’influence de différents paramètres aussi bien du procédé que du matériau sur le champ de température, la densité relative du matériau sa structure, etc , est ainsi investiguée. Les résultats montrent une bonne précision dans la modélisation des différents phénomènes complexes inhérents à ce procédé, et ce travail constitue un potentiel réel pour la modélisation et l’optimisation des procédés de fabrication additive par matériaux granulaires
Many industrial and academic interests concerning the additive manufacturing processes are developed in the last decades. As one of the most promising technique of additive manufacturing, the Selective Laser Sintering (SLS) has been valued by both industry and academic. However, it remains that several phenomena are still not well understood in order to properly model the process and propose quality improvement of parts made. The goal of this Ph.D. project is to develop a framework of numerical simulation in order to model the SLS process in polymer powder bed, meanwhile understanding multiple physical phenomena occurring during the process and studying the influence of process parameters on the quality of final product. In contrast to traditional approach, based on the equivalent homogeneous material in numerical modeling of partial differential equations derived from conservation laws, we propose a global model to simulate powder-based additive manufacturing by using the Discrete Element method (DEM). It consists in a coupling between four different physical models: radiative heat transfer, discrete heat conduction, sintering and granular dynamics models. Firstly, the submodel of radiative heat transfer concerns the interaction between the laser beam and powder bed. Several phenomena are considered, including the reflection, transmission, absorption and scattering. Besides, a modified Monte Carlo ray-tracing method is developed in order to study the influence of scattering on the distribution of the deposited laser energy inside the powder bed Furthermore, the submodel of discrete heat conduction describes the inter-particles heat diffusion. Moreover, the sintering submodel concerns the phenomena of coalescence and air diffusion. It describes the melting kinetics of grains, driven by surface tension and the release of entrapped gases inside powder bed. Finally, the granular dynamics submodel concerns the motions and contacts between particles when depositing a new layer of powders. The coupling between these submodels leads to propose a global numerical framework, validated by comparing the results to both simulated and experimental ones from literatures. A parametric study is then proposed for model validation and process analysis. The Influence of different material and process parameters on the evolution of temperature, relative density and materials structure and characteristics are investigated. The results exhibit accurate modeling of the complex phenomena occurring during the SLS process, and the work constitute a great potential in modeling and optimization of additive processes

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Song, Bo. "Nouvelles voies de fabrication d'alliages métalliques à hautes performances à partir de poudres." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01004824.

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Abstract:

La fusion sélective par laser (Selective Laser Melting, SLM), une des techniques de la fabrication additive (AM), permet la production de pièces en trois dimensions (3D) de formes complexes directement à partir de poudres métalliques. Elle présente de nombreux avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication mais se heurte encore à une faible disponibilité des matériaux en poudre.Le travail effectué dans cette étude a donc consisté à étudier et à développer un nouveau moyen pour réaliser in situ des pièces en alliages et en composites à partir de mélanges de poudres.Au niveau expérimental le choix s'est porté sur le système Fer-Aluminium et sur un renforcement par des particules de SiC.Les essais ont permis de constater que dans le processus de fabrication de pièces par SLM la puissance du laser et la vitesse de balayage déterminent au premier chef la densité, la microstructure, la composition de phase et les propriétés mécaniques.À partir d'un mélange de poudres, des phases intermétalliques ont été obtenues en contrôlant les paramètres SLM. Un traitement thermique ultérieur influence les paramètres cristallins, le degré d'ordre et les propriétés mécaniques des pièces ainsi formées.Avec l'utilisation de poudres préalliées, un phénomène de texture a été observé prenant la forme de grains allongés/colonnaires orientés dans la direction de construction.Le renforcement de la matrice de fer par des particules de SiC de différentes tailles conduit à une modification structurale avec la formation de produits d'interaction, perlitie et martensite, conduisant à une amélioration de la résistance à la traction par rapport au Fe pur.

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Rabi, Oussama. "Réflexion sélective non-linéaire dans un milieu gazeux résonant." Paris 13, 1995. http://www.theses.fr/1995PA132012.

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Da, Cunha Louis. "Synthèse, mécanisme et cinétique de polymérisation à l'état fondu de prépolymère à réactivité élevée et sélective de type bismaleimide." Pau, 1996. http://www.theses.fr/1996PAUU3036.

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Abstract:

La these que nous presentons a pour objet l'etude de systeme bismaleimide (bmi) seul ou/et en melange binaire. Ce travail comporte trois parties : - dans la premiere partie, nous decrivons la synthese et les caracterisations physicochimiques de differents monomeres bmi a structures aromatiques tetrasubstituees par des groupements r alkyle a encombrement sterique variable. Les resultats cinetiques obtenus mettent en evidence une diminution de la reactivite a l'etat fondu non pas en fonction de l'effet electronique, mais plutot en fonction de la gene sterique engendree par les groupes r au voisinage de la double liaison maleimide reactive lors de la reaction d'homopolymerisation amorcee thermiquement. - l'etude thermique par analyse enthalpique differentielle de deux monomeres bmi (bm/mp) melanges a differentes concentrations a permis de dresser un diagramme de phase dans la deuxieme partie. Nous avons ainsi pu mettre en evidence la notion de melange eutectique qui possede des proprietes thermiques particulieres. La reaction de copolymerisation des deux monomeres a lieu et le reseau forme a ete caracterise par rmn #1#3c et irtf. - dans la derniere partie, une etude par irtf des systemes binaires bmi/diamines a montre l'importance de la gene sterique generee soit par la diamine aromatique, soit par le bmi dans le cadre des deux reactions principales par copolymerisation et homopolymerisation attendues dans ces systemes. On remarque que plus la diamine est encombree, et plus la reaction d'addition est defavorisee au depens de la reaction par homopolymerisation dans le milieu a l'etat fondu.

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Evans, Peter John. "Laser plasma interaction for application to fusion energy /." View thesis, 2002. http://library.uws.edu.au/adt-NUWS/public/adt-NUWS20030724.133202/index.html.

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Evans, Peter J., University of Western Sydney, of Science Technology and Environment College, and of Science Food and Horticulture School. "Laser plasma interaction for application to fusion energy." THESIS_CSTE_SFH_Evans_P.xml, 2002. http://handle.uws.edu.au:8081/1959.7/293.

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This thesis presents an investigation into inertial confinement fusion through mathematical models and computer simulations. Salient features affecting fusion are identified, in both energy absorption and fusion gains. Mathematical tools are applied to a directed investigation into plasma structure. Parameters such as these involved in electromagnetic energy absorption are identified first, and the next step is to model the immediate response of the plasma to this energy input, with a view to how this may be advantageous to initiating fusion. Models are developed that best suit plasma behaviour. The parameters are presented graphically against time and distance into a small plasma fuel pellet. It is noted how field density and ions form undulations through the plasma. Types of plasma fuels are discussed with regards to their key parameters. Computations are performed using the laser driven inertial energy option based on volume ignition with the natural adiabatic self-similarity compression and expansion hydrodynamics. The relative merits of each fuel are discussed against the parameters of density, volume and energy input versus fusion gains.
Master of Science (Hons)

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Fedina, Tatiana. "Laser beam-material interaction in Powder Bed Fusion." Licentiate thesis, Luleå tekniska universitet, Produkt- och produktionsutveckling, 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-84303.

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Abstract:

The acceptance of additive manufacturing (AM) depends on the quality of final parts and the process repeatability. Recently, many studies have been dedicated to the establishment of the relationship between the process behavior and material performance. Phenomena such as laser-material interaction, melt pool dynamics, ejecta formation and particle movement behavior on a powder bed are of a particular interest for the AM community as these events directly influence the outcome of the process. Another aspect, which hinders the adoption of AM, is the need for cost-efficient powder materials and their sustainable processing and subsequent recycling. The research work presented in this thesis, to a certain degree, covers the above mentioned scientific aspects and focuses on the behavior of gas and water atomized steel powders in laser powder bed fusion (LPBF). Paper I demonstrates a comparative study of dissimilarly-shaped gas and water atomized low alloy steel powders regarding their processability, packing capacities, particle movement behavior and powder performance in LPBF. The impact of chemical composition and morphology of the powders on the process behavior was revealed. Powder spattering and melt pool instabilities were discussed in detail. Paper II explains the role of ejecta in the recycled powder and the changing behavior of the material due to ejecta pick-up. The impact of multiple powder recycling on the degradation of low alloy steel powder in laser powder bed fusion was studied. Oxygen content, particle size and ejecta occurrence gradually increased after each recycling step and were identified as the main contributors to the property alterations observed in the powder during recycling. In addition, a direct correlation between the increase in oxygen with repeated recycling and a more frequent spatter ejection after each recycle was established. Paper III is a successor of Paper I and contains a research on the particle movement and denudation behavior on a powder bed when using near-spherical and non-spherical steel powders. The influence of particle morphology on the dynamics of arbitrary-shaped powder particles was studied by applying an analytical correlation formula to calculate the drag force exerted on powder particles of various shape. Particle entrainment of gas and water atomized powders in front of the laser beam was measured, revealing a significant difference in the powder transfer towards the melt pool.

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Yevko, Vladimir. "Cladding formation in laser-beam fusion of metal powder." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1998. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/tape17/PQDD_0007/MQ33971.pdf.

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Craciun, Daniela. "Image-laser fusion for 3D modeling in complex environments." Paris, Télécom ParisTech, 2010. http://www.theses.fr/2008ENSTA058.

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Abstract:

La numérisation exhaustive et photoréaliste d'environnements complexes représente aujourd'hui un grand défi en raison d'une part du besoin d'automatisation des processus d'acquisition et de traitement qui sont encore quasiment manuels et d'autre part en raison de la difficulté de vérifier in situ le l'adéquation du modèle avec le cahier des charges. Très souvent on constate, a posteriori, une fois les données traitées, que le modèle 3D est incomplet et il n'est souvent pas possible de retourner sur site pour compléter les numérisations. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à l'automatisation du processus de numérisation 3D d'environnements complexes et en particulier non-structurés qui sont plus difficiles aujourd'hui à traiter avec les outils proposés dans la littérature. Les travaux de recherches réalisés visent la mise en oeuvre à la fois de méthodologies d'acquisition des données et de développement d'algorithmes pour le traitement de données in-situ afin d'aider les opérateurs dans leur travail de manière à assurer la bonne numérisation du site. Comme contexte applicatif, nous nous intéressons aux grottes ornées préhistoriques qui sont des environnements particulièrement difficiles. Dans de tels environnements l'absence des structures habituellement utilisées pour la mise en correspondance et la mise en géométrie des images rend le problème très difficile, voir impossible. L'utilisation de cibles pour faciliter la partie de mise en géométrie des données n'est pas souhaitable d'une part parce qu'elle ralentit fortement les cadences de numérisation (alors que le temps de numérisation autorisé est restreint) et d'autre part car il est difficile voir interdit de poser des cibles sur des parois. Par ailleurs, le recours à des solutions basées sur des systèmes de localisation/navigation externe (centrale inertielle, triangulation, ect. ) pour aider au géoréférencement est difficilement envisageable et complexe à mettre en oeuvre (par rapport à des chantiers en extérieur ou le GPS est disponible). Nous proposons un système de numérisation par vision photogrammétrique et laserphotogrammétrique basé sur l'acquisition d'un réseau de panoramiques
One might wonder what can be gained from the image-laser fusion and in which measure such a hybrid system can generate automatically complete and photorealist 3D models of difficult to access and unstructured underground environments. In such environments, special attention must be given to the main issue standing behind the automation of the 3D modeling pipeline whic is represented by the capacity to match reliably image and laser data in GPS-denied and feature-less areas. In addition, time and in-situ access constraints require fast and automatic procedures for in-situ data acquisition, processing and interpretation in order to allow for in situ verification of the 3D scene model completeness. Finally, the currently generated 3D model represents the only available information providing situational awareness based on which autonomous behavior must be build in order to enable the system to act intelligently onthe- fly and explore the environment for ensuring the 3D scene model completeness. This dissertation evaluates the potential of a hybrid image-laser system for generating in-situ complete and photorealist 3D models of challenging environments, without requiring human operator intervention. The presented research focuses on two main aspects: (i) the automation of the 30 modeling pipeline, targeting the automatic data matching in feature-less and GPS-denied areas for in situ world modeling and (ii) the exploitation of the generated 3D models along with visual servoing procedures to provide mobile systems with autonomous site digitization and exploration capabilities. We design a complementary and cooperative image-laser fusion which lead to a 4D mosaicing sensor prototype

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Cherri, Alexis. "Poudres PEKK pour la fabrication additive par fusion laser." Thesis, Paris, HESAM, 2022. http://www.theses.fr/2022HESAE031.

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Abstract:

De nos jours, la course au développement de matériaux toujours plus innovants et performants fait subir une constante pression à un grand nombre de secteurs industriels. Parmi eux, l’aéronautique, l’aérospatial, les secteurs de transport et de production d’énergie cherchent à alléger la structure de leurs équipements afin d’en réduire la consommation en énergie et minimiser leur empreinte environnementale. Cet allègement se traduit généralement par la conversion des matériaux métalliques et denses vers des matériaux plastiques et plus légers. La spécificité de ces domaines d’utilisation, ainsi que les conditions de température, de pression, et de vieillissement accéléré auxquelles sont contraints certains de leurs équipements imposent néanmoins un cahier des charges très précis. Le procédé de frittage sélectif par laser (également appelé SLS), récemment mis en œuvre pour la fabrication de pièces thermoplastiques, constitue un grand intérêt pour ces différents secteurs d’activité dans lesquels des pièces sur mesure et à géométrie complexe sont requises. Ce procédé consiste à la fabrication couche par couche de pièces par fusion sélective de grains de poudre à l’aide d’un laser. Le PEKK, copolymère thermoplastique semi-cristallin de hautes performances, valide de nombreux critères lui permettant d’être, depuis quelques années, utilisé dans la fabrication de pièces par SLS. Cependant, la connaissance encore limitée que nous avons de ce polymère complexe, ainsi que sa structure de type copolymère, nécessitent encore à ce jour un travail de recherche conséquent. Cette thèse a eu ainsi pour but, sur une famille de PEKK déjà commercialisée, d’approfondir nos connaissances des propriétés de cristallisation et de fusion qui jouent un rôle essentiel dans la fabrication de pièces par la technologie SLS. Un deuxième objectif était de développer une nouvelle famille de copolymères PEKK à structure régulière. Afin de comprendre au mieux les propriété s de cristallisation de nos polymères, un modèle a été utilisé et une mise en commun de données SAXS / WAXS, DSC et rhéologiques est réalisée. La voie d’une utilisation en SLS d’une nouvelle famille de PEKK à chaîne alternée, jusque-là très peu explorée, a également été étudiée
Nowadays, the need to develop ever more innovative and efficient materials puts constant pressure on a large number of industrial sectors. Among them, aeronautics, aerospace, transport and energy production sectors seek to lighten the structure of their equipment in order to reduce energy consumption and minimize their environmental footprint. This reduction generally results in the conversion of metallic and dense materials towards plastic and lighter materials. The specificities of these industrial sectors, as well as the conditions of temperature, pressure, and accelerated aging to which some of their equipment are constrained, impose very precise specifications. The selective laser sintering process (also called SLS), recently implemented for the manufacture of thermoplastic parts, is of great interest for these different sectors of activity in which custom-made parts with complex geometry are often required. This process consists of the layer-by-layer manufacturing of parts by selective melting of powder by a laser beam. PEKK, a high performance semi-crystalline thermoplastic copolymer, validates many of the criteria for use in SLS manufacturing. However, the still limited knowledge that we have of this polymer, as well as its copolymer-like structure, still require substantial research work to this day. The aim of this work was to deepen our knowledge of the properties of crystallization and melting of a commercially available PEKK grade designed for use in SLS. These properties are of key importance for the successful implementation of the SLS process. A second objective was to develop a new grade of PEKK copolymers with a regular structure. In order to better understand the crystallization properties of our polymers, a model was used and a combination of SAXS / WAXS, DSC and rheological studies is carried out. The way of using in SLS the new grade of PEKK, hitherto very little explored, was also studied. We demonstrated that the copolymer with the regular chain structure exhibits a much simpler crystallization mechanism and a higher crystallization enthalpy which may be a advantage for use in SLS

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Spalding, Jon David. "Homodyne target tracking for direct drive laser inertial fusion." Diss., [La Jolla, Calif.] : University of California, San Diego, 2009. http://wwwlib.umi.com/cr/ucsd/fullcit?p1462098.

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Abstract:

Thesis (M.S.)--University of California, San Diego, 2009.
Title from first page of PDF file (viewed March 13, 2009). Available via ProQuest Digital Dissertations. Includes bibliographical references (p. 87-88).

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Calder, Neil J. "Laser welding of certain airframe alloys." Thesis, University of Liverpool, 1998. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.366402.

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Jakobi, Martin. "Laser speckle based surface measurement techniques relevant to fusion devices." [S.l. : s.n.], 2000. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=960674144.

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Azevedo, Rui Filipe Cabral de. "Sensor fusion of laser and vision in active pedestrian detection." Master's thesis, Universidade de Aveiro, 2014. http://hdl.handle.net/10773/14414.

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Abstract:

Mestrado em Engenharia Mecânica
This work explores a technique of sensor fusion that aims to equip vehicles with pedestrian fast detection mechanisms in exterior environments. This method restricts image areas of search based on indicators obtained by another sensor (LIDAR). This technique is based on the idea that when having a registration among the involved sensors, one "fast" sensor, but inaccurate, that can indicate regions where potential pedestrian are located on the image, and another sensor, "slower" but more robust that is used to confirm detection more accurately. So, an algorithm was created to merge two algorithms, a LIDAR-based tracking and a vision-based detection algorithm; The LIDAR indicates the precise location and scale of the potential pedestrian on the image, and crop the image relative to the potential pedestrian, being processed afterwards by one pedestrian detection algorithm to validate the classification. The method is tested in two different cases and the results confirm their validity.
Este trabalho explora uma técnica de fusão sensorial que visa dotar veículos de mecanismos rápidos de detecção de peões em ambiente exterior. O método restringe as zonas de procura numa imagem com base em indicadores obtidos por outro sensor (LIDAR). Esta técnica tem como base a idéia de que havendo um registo entre os sensores envolvidos, um sensor "rápido" mas pouco preciso, pode indicar as regiões onde potencialmente há alvos, e outro sensor, "lento" mas mais robusto, é utilizado para fazer a confirmação da deteção. Com vista a explorar essas propriedades, foi criado um algoritmo que utiliza a informação de dois sensores, para primeiro selecionar, de entre muitos objectos, possíveis peões(fase LIDAR) e dada a informação da localização do possível pedestre, uma imagem já à escala e precisa da localização, é recortada da imagem inicial, sendo a mesma enviada a ser processada por um detetor de peões (sensor mais robusto), permitindo a sua rigorosa classificação. O método é testado em dois conjuntos de dados diferentes e os resultados confirmam a sua validade.

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BOSIO, FEDERICO. "Laser Powder Bed Fusion of AlSi10Mg+4Cu and AlSi10Mg alloys." Doctoral thesis, Politecnico di Torino, 2021. http://hdl.handle.net/11583/2898034.

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Gassem, Faouzi. "Etude de faisabilité d'une nouvelle méthode d'irradiation laser spatialement sélective et applications dans le domaine biomédical." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112196.

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Abstract:

La recherche de nouveaux moyens de sélectivité pour les traitements laser dans le domaine biomédical n'est pas actuellement une thématique active, contrairement à l'analyse par la lumière des cellules et des tissus qui connaît une phase intense d'évolution. Mon travail a consisté à proposer un système sélectif de dépôt de lumière et à chercher les applications potentielles d'un tel dispositif. J'ai réalisé un montage expérimental utilisant un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides et permettant de contrôler l'asservissement de la lumière traitante sur l'imagerie vidéo de la surface à traiter. Ce contrôle fait appel à un traitement automatique des images. Les résultats expérimentaux ont permis d'évaluer les performances pouvant être atteintes par le dispositif. En effet nous obtenons une résolution spatiale de l'ordre de 30 æm sans avoir atteint les limites de notre montage, et une robustesse et simplicité de mise en œuvre grâce à l'absence de parties mobiles dans le dispositif. Par contre notre solution est limitée quant à la dose maximale d'énergie délivrable. Fonction des performances actuelles et de celles que nous jugeons accessibles moyennant améliorations, nous nous sommes attachés à rechercher l'application pour laquelle ce dispositif pouvait avoir un apport conséquent. Nous avons été amené à mettre de côté les applications les plus courantes actuelles de traitement laser pour des raisons, soit de processus biologiques mis en œuvre, soit de limitations du dispositif. Par contre il est apparu que les caractéristiques d'un tel dispositif semblent tout à fait adaptées à la manipulation de la croissance cellulaire et tissulaire
Research of new selectivity means for laser treatment in the biomedical domain is not currently an active field, contrary to the analysis of cells and tissues by light which is in an intense phase of evolution. My work consisted of proposing a selective light deposition system and of looking for the potential applications of such a device. I have achieved an experimental setup using a liquid crystal spatial light modulator and allowing the control of the light repartition relating to the video image of the surface to be treated. This control uses an automatic image analysis. Experimental results have allowed the evaluation of the performances that can be actually reached by the irradiation system. In fact we get a spatial resolution about 30 æm without having reached the limits of our system, and a hardiness and a simplicity of implementation because we use no mobile parts in the system. On the other hand our solution is limited as for the maximal dose of the deliverable energy. Function of the actual performances and those that we think accessible after adding improvement, we have tried to look for the application for which this irradiation system could have a consequent contribution. We have been brought to put a side the most current applications of laser treatments because of either the implemented biologic processes or the limitations of the system. However it appears that the characteristics of the system seem to be perfectly adapted to the manipulation of the cellular and tissular growth

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Renard, Stéphanie. "Synthèse, spectroscopie sélective et fonctionnement laser de CaF2 : TM3+ sous forme massive et en couches minces." Caen, 2005. http://www.theses.fr/2005CAEN2032.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude de l'ion Tm3+ dans CaF2 sous forme massive et en couches minces. Après une brève description du CaF2 et sa cristallogenèse, les caractéristiques du Tm3+ dans ce cristal sont détaillées. L'étude porte principalement sur l'émission des niveaux 3H4 à 1. 45µm et 3F4 à 1. 9µm. Pour des concentrations en Tm3+ >0. 1%, l'émission à 1. 45µm est fortement atténuée par un processus de relaxation croisée. L'ion Y3+ permet de limiter cet effet et l'ion Na+ favorise même cette émission au détriment de celle à 1. 9µm. Du fait de la compensation de charge, de nombreux sites sont stables dans le CaF2. Grâce à la spectroscopie sélective, on observe que des sites de symétrie Oh, C4v et C3v sont présents à faible dopage, tandis que des complexes contenant plusieurs Tm3+ apparaissent lorsque la concentration augmente. Des mesures de saturation de fluorescence montrent une exaltation de l'émission à 1. 45µm lorsque la puissance de pompe augmente au détriment de l'émission à 1. 9µm. Un modèle d'équations de population basé sur les transferts d'énergie au sein de ces complexes est développé pour rendre compte des mécanismes de saturation. L'émission laser à 1. 9µm dans CaF2:Tm3+ est ensuite étudiée. En pompage Sa-Ti, un rendement de 52 % est obtenu avec une accordabilité allant de 1. 835 à 1. 97µm. Le fonctionnement a été également démontré en pompage par diode laser. Des couches minces de CaF2:Tm3+ ont été fabriquées par épitaxie en phase liquide. Celles-ci présentent des propriétés spectroscopiques comparables à celles des cristaux massifs. Des mesures d'amplification à 1. 9µm ont été réalisées sur des guides plans et des premiers essais de gravure sont présentés.

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Masuku, Anthony Dumisani. "Planetary rovers and data fusion." Thesis, Cranfield University, 2012. http://dspace.lib.cranfield.ac.uk/handle/1826/9883.

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Abstract:

This research will investigate the problem of position estimation for planetary rovers. Diverse algorithmic filters are available for collecting input data and transforming that data to useful information for the purpose of position estimation process. The terrain has sandy soil which might cause slipping of the robot, and small stones and pebbles which can affect trajectory. The Kalman Filter, a state estimation algorithm was used for fusing the sensor data to improve the position measurement of the rover. For the rover application the locomotion and errors accumulated by the rover is compensated by the Kalman Filter. The movement of a rover in a rough terrain is challenging especially with limited sensors to tackle the problem. Thus, an initiative was taken to test drive the rover during the field trial and expose the mobile platform to hard ground and soft ground(sand). It was found that the LSV system produced speckle image and values which proved invaluable for further research and for the implementation of data fusion. During the field trial,It was also discovered that in a at hard surface the problem of the steering rover is minimal. However, when the rover was under the influence of soft sand the rover tended to drift away and struggled to navigate. This research introduced the laser speckle velocimetry as an alternative for odometric measurement. LSV data was gathered during the field trial to further simulate under MATLAB, which is a computational/mathematical programming software used for the simulation of the rover trajectory. The wheel encoders came with associated errors during the position measurement process. This was observed during the earlier field trials too. It was also discovered that the Laser Speckle Velocimetry measurement was able to measure accurately the position measurement but at the same time sensitivity of the optics produced noise which needed to be addressed as error problem. Though the rough terrain is found in Mars, this paper is applicable to a terrestrial robot on Earth. There are regions in Earth which have rough terrains and regions which are hard to measure with encoders. This is especially true concerning icy places like Antarctica, Greenland and others. The proposed implementation for the development of the locomotion system is to model a system for the position estimation through the use of simulation and collecting data using the LSV. Two simulations are performed, one is the differential drive of a two wheel robot and the second involves the fusion of the differential drive robot data and the LSV data collected from the rover testbed. The results have been positive. The expected contributions from the research work includes a design of a LSV system to aid the locomotion measurement system. Simulation results show the effect of different sensors and velocity of the robot. The kalman filter improves the position estimation process.

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De, Silva Jayasekera Varthula Janya. "Systematic Generation of Lack-of-Fusion Defects for Effects of Defects Studies in Laser Powder Bed Fusion AlSi10Mg." Youngstown State University / OhioLINK, 2020. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ysu1598531488781737.

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Sarri, Gianluca. "Investigations of laser-plasma interactions of relevance to inertial confinement fusion." Thesis, Queen's University Belfast, 2010. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.534604.

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Koehler, Timothy Philip. "Quantification of initial conditions in turbulent liquid sheets using laser-doppler velocimetry." Thesis, Available online, Georgia Institute of Technology, 2004:, 2004. http://etd.gatech.edu/theses/available/etd-06072004-131234/unrestricted/koehler%5Ftimothy%5Fp%5F200405%5Fms.pdf.

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Iordache, Luminita. "Analyse tribo-métallurgique des rechargements base cobalt par fusion soudage d'outillages à chaud." Paris, ENSAM, 2006. http://www.theses.fr/2006ENAM0065.

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Strozzi, D. J. (David J. ). "Vlasov simulations of kinetic enhancement of Raman backscatter in laser fusion plasmas." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2005. http://hdl.handle.net/1721.1/34974.

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Abstract:

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Physics, February 2006.
This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.
Includes bibliographical references (p. 151-156).
Stimulated Raman scattering (SRS) is studied in plasmas relevant to inertial confinement fusion (ICF). The Eulerian Vlasov-Maxwell code ELVIS was developed and run for this purpose. Plasma waves are heavily Landau damped in the regimes of interest, and coupled-mode theory predicts back-scattered SRS is a convective instability. Simulations in a finite length, homogeneous plasma show electron trapping drastically elevates the reflected light over convective gain values ("kinetic enhancement"). Average reflectivities are [approx.] 10%, while the instantaneous reflectivity is chaotic and does not reach a steady state. Trapping reduces the plasma-wave Landau damping and downshifts the observed frequencies from their linear values. Two longitudinal acoustic (? ? k) features and light from possible stimulated electron acoustic scattering (SEAS) are present. The phase-matched SEAS plasmon lies on the observed acoustic mode with phase velocity 1.3(Te/me)1/2. As the pump laser intensity is increased or the electron temperature is decreased, SRS transitions sharply from the coupled-mode steady state to kinetically enhanced levels. Enhancement happens for different back SRS seed levels and monochromatic or broadband seeds. Simulations with a Krook relaxation operator to mimic speckle sideloss display enhancement when resonant electrons complete a bounce orbit before escaping, with a sharp onset as the relaxation rate varies. The sudden development of kinetic enhancement as parameters change suggests trapping makes SRS absolutely unstable.
(cont.) Simulations with mobile ions give kinetic enhancement until a burst of activity occurs near the laser entrance, after which back SRS is low. The burst contains several Brillouin and Raman re-scatters and subsequent Langmuir decay instability (LDI), although no LDI of back SRS is seen. SRS runs in a density gradient show kinetic enhancement for long scale lengths and coupledmode convective levels for shorter ones. The reflectivity is higher when the pump propagates toward higher, rather than lower, density. The amplitude of externally-driven plasma waves in a density gradient is also enhanced over linear levels and displays a similar directional asymmetry. These results imply kinetic enhancement of SRS may be a concern in hohlraum plasmas for ICF experiments such as the National Ignition Facility.
by David J. Strozzi.
Ph.D.

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Eriksson, Philip. "Evaluation of mechanical and microstructural properties for laser powder-bed fusion 316L." Thesis, Uppsala universitet, Tillämpad materialvetenskap, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-355882.

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Abstract:

This thesis work was done to get a fundamental knowledge of the mechanical and microstructural properties of 316L stainless steel fabricated with the additive manufacturing technique, laser powder-bed fusion (L-PBF). The aims of the thesis were to study the mechanical and microstructural properties in two different building orientations for samples built in two different machines, and to summarize mechanical data from previous research on additive manufactured 316L. Additive manufacturing (AM) or 3D-printing, is a manufacturing technique that in recent years has been adopted by the industry due to the complexity of parts that can be built and the wide range of materials that can be used. This have made it important to understand the behaviour and properties of the material, since the material differs from conventionally produced material. This also adds to 316L, which is an austenitic stainless steel used in corrosive environments. To study the effect of the building orientation, samples of 316L were built in different orientations on the build plate. The density and amount of pores were also measured. Tensile testing and Charpy-V testing were made at room temperature. Vickers hardness was also measured. Microstructure and fracture surfaces were examined using light optical microscope (LOM) and scanning electron microscope (SEM). The microstructure of the 316L made with L-PBF was found to have meltpools with coarser grains inside them, sometime spanning over several meltpools. Inside these coarser grains was a finer cellular/columnar sub-grain structure. The tensile properties were found to be anisotropic with higher strength values in the orientation perpendicular to the building direction. Also high dense samples had higher tensile properties than low dense samples. The impact toughness was found to be influenced negatively by high porosity. Hardness was similar in different orientations, but lower for less dense samples. Defects due to lack of fusing of particles were found on both the microstructure sample surfaces and fracture surfaces. The values from this study compare well with previous reported research findings.

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Viña, Carlos. "Laser based sensor fusion and control for the tele-operation of minidrones." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066525/document.

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Abstract:

La robotique aérienne est un domaine de recherche qui a connu un grand succès commercial au cours des dernières années suite au développement de plates-formes aéroportées de petite taille hautement efficaces et abordables, couramment appelées mini-drones. Cela a ouvert la voie à de nouvelles applications dans les tâches de surveillance et d'inspection. Ces dernières années, cela a été un sujet de recherche clé dans l'industrie de l'énergie, où les lignes de transmission sont sujettes à la détérioration due aux conditions atmosphériques et nécessitent des programmes de surveillance étendus. Les mini-drones ont le potentiel d'automatiser entièrement le processus d'inspection, réduisant ainsi davantage les coûts et les temps d'inspection. Dans ce contexte, cette thèse aborde les inspections autonomes de tours électriques avec des MAV. A savoir, la localisation, la première étape d'une longue série de tâches vers la réalisation de capacités totalement autonomes, est le sujet principal de ce travail. Nous explorons comment les scanners laser 2D peuvent être couplés avec des capteurs couramment disponibles pour la pose à 6 degrés de liberté d'un mini-drone en temps réel avec les capacités perceptives et de traitement limites au bord de la plate-forme. Cette thèse tel que les algorithmes classiques de scan matching, comme l'algorithme Iterative Closest Point (ICP), la fusion de données et le contrôle par retour d'état. Des validations basées sur des vols expérimentaux et des simulations étendues sont présentées
Aerial robotics is a prominent field of research that has seen great commercial success during the last years due to the development of highly efficient and affordable small-sized airborne platforms, commonly referred to as mini-drones. This has opened the way to promising new applications in surveillance and inspection tasks. In recent years, this has been a key subject of research in the power industry, where power utilities are subject to deterioration due to atmospheric conditions and require extensive monitoring programs. Mini-drones have the potential of fully automating the inspection process, further reducing costs and inspection times. In this context, this thesis addresses autonomous electric tower inspections with mini-drones. Namely, self-localization, the first step in a long series of tasks towards achieving fully autonomous capabilities, is the main focus of this work. We explore how 2D laser scanners can be coupled with commonly available sensors to estimate a mini-drone's 6 degree of freedom pose in real-time, using uniquely on-board sensing and processing capabilities. This thesis develops topics from classic scan matching algorithms, such as the iterative closest point (ICP) algorithm and proposed adaptations to the electric tower scene, to sensor fusion and feed-back control. Validations based on experimental flights and extensive simulations are presented

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Kemerling, Brandon L. "Development of a Weldability Testing Strategy for Laser Powder-Bed Fusion Applications." The Ohio State University, 2018. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu152380570674288.

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Dissertations / Theses on the topic 'Fusion sélective au laser'

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