Rozprawy doktorskie: „Fabrication additive métallique DED”

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Doutre, Pierre-Thomas. "Comment intégrer et faire émerger des structures architecturées dans l'optimisation de pièces pour la fabrication additive par faisceaux d’électrons". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI039.

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Grâce à la fabrication additive, il est aujourd'hui possible de fabriquer de nouvelles géométries. Les perspectives offertes par les moyens de fabrications conventionnelles et additives sont très différentes. Des propositions de design très contraintes peuvent devenir beaucoup plus libres avec la fabrication additive. Cette liberté qu'elle offre fait émerger une multitude de possibilités. Dans ce manuscrit, nous nous sommes focalisés sur un type particulier de structures (les octetruss) ainsi que sur les moyens de fabrication EBM (Electron Beam Melting) de la société ARCAM. Les travaux présentés dans cette thèse ont été réalisés au sein des laboratoires G-SCOP et SIMAP ainsi qu'en partenariat avec l'entreprise POLY-SHAPE. Ce manuscrit est articulé autour de trois principaux points.Il s'agit tout d'abord de faire émerger des structures treillis lors du processus de conception. Pour cela, deux approches existantes sont détaillées. La première met en œuvre l'optimisation topologique et la seconde s'appuie sur le concept de matériau équivalent. Ensuite deux méthodologies permettent de faire émerger des zones dans lesquelles l'intégration de structures treillis est adaptée. La première consiste à réaliser les différentes zones en s'appuyant sur un champ de contraintes issu d'un calcul Eléments Finis, la seconde se base sur un résultat d'optimisation topologique pour établir les différentes zones. Cette seconde méthodologie est appliquée à un cas d'étude industriel.Ensuite nous étudions comment remplir les différentes zones avec des structures treillis adaptées en nous focalisant tout d'abord sur leur génération. Un accent particulier est porté sur l'intersection des différents barreaux par la mise en place de sphères. Une méthodologie permettant de générer des arrondis est également proposée. Une étude est menée sur l'ensemble des paramètres et informations à considérer pour intégrer une structure treillis à une zone donnée. Cette étude conduit à une proposition de méthodologie qui est appliquée à un cas d'étude industriel.Enfin, les aspects liés à la fabrication sont pris en compte. Pour cela, nous considérons différentes limites du moyen de fabrication EBM pour des structures treillis comme les dimensions maximales réalisables ou les problématiques thermiques. Une étude consistant à prédire la dépoudrabilité des pièces est réalisée. Enfin, des essais mécaniques sont effectués. Nos résultats sont comparés à ceux obtenus dans d'autres travaux. L'impact des arrondis sur le comportement mécanique d'une pièce est discuté
Thanks to additive manufacturing, it is now possible to manufacture new geometric shapes. The prospects offered by the methods of conventional and additive manufacturing are very different. Highly constrained design proposals can become much freer with additive manufacturing. The freedom it offers brings forward a multitude of possibilities. In this manuscript, we focused on a particular type of structures (the octetruss) as well as the use of EBM (Electron Beam Melting) of ARCAM as a means of manufacturing. The work presented in this thesis was carried out in the laboratories G-SCOP and SIMAP as well as in partnership with the company POLY-SHAPE. This manuscript focuses on three main points.The first of which is the action of emergence of lattice structures during the design process. For this, two existing approaches are detailed. The first uses topological optimization and the second is based on the concept of equivalent material. Following these, there are two methodologies used to identify areas in which the integration of lattice structures is possible and appropriate. The first consists of creating the different zones by relying on a stress field resulting from a finite element calculation, the second establishes the different zones using a topological optimization result. This second methodology is applied to an industrial case study.Secondly, we study how to fill the different areas with appropriate lattice structures by focusing first on their generation. Particular emphasis is placed on the intersection of the various bars by the establishment of spheres. A methodology for generating rounded-shape is also proposed. A study is carried out on all the parameters and information in order to integrate a lattice structure to a given area. This study leads to a proposed methodology that is applied to an industrial case study.Finally, aspects related to manufacturing are taken into account. For this, we consider different limits of the EBM manufacturing and what they mean for lattice structures; such as maximum achievable dimensions or thermal problems. A study to predict powder removal in order to extract the fabricated structure is performed. Mechanical tests are carried out. Our results are compared to those obtained in other works. The impact of curve on the mechanical behavior of a product is discussed

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Agouzoul, Asmaâ. "Nouvelles méthodes numériques pour la simulation de l’impression 3D métallique". Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0004.

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Le procédé SLM offre de nouvelles perspectives en termes de conception de pièces. Cependant, les phénomènes thermo-mécaniques liés au procédé sont responsables des contraintes résiduelles et de la distorsion de la pièce fabriquée. La simulation numérique est un outil intéressant pour mieux cerner les phénomènes physiques à l’œuvre et leur impact sur la qualité de la pièce. Dans cette thèse, nous proposons différentes approches qui permettent de réaliser les simulations à moindre coût, en utilisant des algorithmes de réduction de modèles. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par la méthode des éléments finis. Une méthode inverse d’identification rapide de la contrainte inhérente à partir d'abaques numériques est proposée. L'approche Proper Generalised Décomposition (PGD) est utilisée pour la construction de cet abaque. Nous explorons aussi les avantages qu'offre une implémentation de la PGD sur GPU
Selective Laser Melting offers new perspectives in terms of part design and simplification of complex assemblies. However, severe thermo-mechanical conditions arise and are responsible for local plastic deformation, residual stresses and distortion of the manufactured component. Numerical simulation is an interesting tool for process understanding the physical phenomena and their impact on the quality of the part. In this thesis, we propose different approaches to perform simulations at a lower cost, by using model reduction algorithms. The results are compared with those obtained by the finite element method. A reverse analysis in order to identify the inherent strain responsible for the measured elastic springback makes possible to build offline numerical abacus. Therefore, we use a multi-parametric reduced order model using the so called Proper Generalised Decomposition (PGD) to construct this abacus. We also explore the benefits of an implementation of PGD on GPU

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Carassus, Hugo. "Comportement dynamique des matériaux cellulaires issus de la fabrication additive pour l'allègement structural et la sécurité au crash et à l'impact". Electronic Thesis or Diss., Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2023. http://www.theses.fr/2023UPHF0003.

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L'essor de la fabrication additive depuis la fin du XXème siècle permet d'envisager la conception de nouveaux matériaux cellulaires architecturés combinant légèreté et grande capacité d'absorption d'énergie. Leur utilisation dans les secteurs du transport terrestre ou aérien revêt alors un intérêt certain pour contribuer conjointement à l'allégement structural et à la sécurité en cas de crash et/ou d'impacts.Les objectifs des travaux de recherche sont d'étudier et de modéliser le comportement mécanique, sous chargements uniaxiaux en dynamique rapide, de cette nouvelle catégorie de matériaux cellulaires, les structures TPMS « Triply Period Minimal Surface », dont l'état de l'art actuel est plutôt centré sur les chargements quasi-statiques ou cycliques.Les travaux présentés dans cette thèse sont organisés en trois volets. La première partie vise à caractériser le comportement mécanique du matériau constitutif, l'acier 316L choisi pour sa grande ductilité, élaboré par le procédé SLM « Selective Laser Melting ». Les spécificités induites par la fusion laser sur lit de poudre telles que l'anisotropie et la sensibilité à la vitesse de déformation sont identifiées et modélisées par des lois de comportement matériaux.La deuxième partie de cette thèse s'intéresse à la réponse mécanique des structures TPMS en régimes quasi-statique et dynamique. Plusieurs paramètres tels que la densité relative ou le type de géométrie sont approfondis. Les réponses mécaniques des structures présentent les caractéristiques d'un absorbeur d'énergie idéal avec l'absence de pic d'entrée, une longue phase plateau légèrement ascendante et une densification tardive. De plus, les mécanismes de déformation sont stables. Comparativement à d'autres matériaux cellulaires dits conventionnels, les capacités d'absorption d'énergie des structures TPMS sont supérieures avec l'avantage d'être moins sensible à la direction de sollicitation pour un chargement uniaxial. En régime dynamique, la hausse observée des capacités d'absorption d'énergie est liée à la sensibilité du matériau constitutif.Cette approche expérimentale est couplée à une approche numérique EF détaillée à l'échelle mésoscopique afin de pouvoir mieux appréhender les mécanismes locaux d'effondrement que la mesure seule ne permet pas, notamment en dynamique. C'est le sujet de la troisième et dernière partie. Le modèle numérique est capable de prédire assez fidèlement la réponse mécanique expérimentale en se basant notamment sur les lois de comportement matériau identifiées au préalable. Localement, la déformation se fait comme une combinaison de plusieurs mécanismes tels que le flambement, la flexion et le cisaillement. Des diagrammes d'absorption d'énergie et des lois de Gibson et Ashby sont déterminés dans l'optique de relier les capacités d'absorption d'énergie aux dimensions géométriques et donc de choisir la configuration la plus adaptée aux spécifications imposées
The rise of additive manufacturing since the end of the 20th century has made it possible to consider the design of new architectural cellular materials combining lightness and high energy absorption capacity. Their use in the field of ground or air transport sectors is therefore of interest to contribute jointly to structural lightening and safety in the event of a crash and/or impact.The objectives of the research work are to investigate and model the mechanical behaviour, under uniaxial dynamic loadings, of this new category of cellular materials, the TPMS (Triply Period Minimal Surface) structures, for which the current state of the art is rather focused on quasi-static or cyclic loadings.The work presented in this thesis is organised in three parts. The first part aims to characterise the mechanical behaviour of the constitutive material, 316L steel chosen for its high ductility, produced by the SLM (Selective Laser Melting) process. The specificities induced by laser melting on a powder bed, such as anisotropy and strain rate sensitivity, are identified and modelised by material behaviour laws.The second part of this thesis focuses on the mechanical response of TPMS structures under quasi-static and dynamic solicitations. The mechanical responses of the structures show the characteristics of an ideal energy absorber with the absence of an initial peak, a long and slightly rising plateau phase, and a late densification. In addition, the deformation mechanisms are stable. Compared to other so-called conventional cellular materials, the energy absorption capacities of TPMS structures are superior with the advantage of being less sensitive to the direction of solicitation for uniaxial loading. In the dynamic regime, the observed increase in energy absorption capacities is linked to the sensitivity of the constitutive material.This experimental approach is coupled with a detailed numerical FE approach at the mesoscopic scale in order to better understand the local collapse mechanisms that measurement alone does not allow, especially under dynamic solicitations. The numerical model is capable of predicting the experimental mechanical response fairly accurately, based in particular on the material behaviour laws identified previously. Locally, the deformation is a combination of several mechanisms such as buckling, bending and shearing. Energy absorption diagrams and Gibson-Ashby laws are determined in order to relate the energy absorption capacities to the geometrical dimensions and thus to choose the most suitable configuration for the imposed specifications

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Ratsimba, Alice. "Élaboration d’objets en cuivre par fabrication additive par extrusion de matière : Etude de la faisabilité : cas de pâtes chargées utilisant des hydrogels de polysaccarides comme systèmes liants". Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0054.

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Parmi les sept méthodes de fabrication additive appliquées aux métaux, l'extrusion de matière (Extrusion Additive Manufacturing, EAM) apparait comme une technique prometteuse pour la production de d’objets en cuivre. Ce procédé de mise en forme indirect consiste à convoyer un matériau et à le pousser à travers un orifice afin de former des cordons de matière. Ce processus de mise en forme indirecte implique le convoyage d'un matériau à travers un orifice pour former des cordons de matière. Les objets tridimensionnels sont construits par empilement de couches successives à partir d'un mélange de particules de poudre métallique et d'un système liant.Les formulations typiques de ce procédé incluent un liant thermoplastique, et les matériaux sont généralement conditionnés sous forme de filament, dont la manipulation et le convoyage sont complexes. De plus, les étapes de post-traitement sont généralement longues et nécessitent des équipements spécifiques, ce qui peut entraîner des coûts et des délais de production élevés.Dans cette perspective, l’utilisation de formulations utilisant des systèmes liants d'origine biologique semble être une alternative prometteuse, offrant des avantages potentiels en termes de rapidité de production, d’efficacité énergétique et d’impact environnemental. Les matériaux considérés sont des pâtes métalliques à base d’hydrogels de polysaccarides chargés en poudre de cuivre. L'objectif principal de ce travail est l'étude de l'adéquation du comportement de ces formulations avec le procédé de mise en forme par extrusion de matière. La définition de critères d'imprimabilité permet de comprendre les relations entre les propriétés des formulations, le déroulement du processus d'extrusion, et la qualité des objets obtenus
Among the seven additive manufacturing methods applied to metals, Extrusion Additive Manufacturing (EAM) appears as a promising technique to produce copper objects. This indirect forming process involves conveying a material and pushing it through an orifice to form strands of material. Three-dimensional objects are built by stacking successive layers from a mixture of metal powder particles and a binding system.Typical formulations for this process include a thermoplastic binder, and the materials are usually packaged in filament form, which is complex to handle and convey. In addition, post-processing steps are usually lengthy and require specific equipment, which can lead to high costs and production lead times.In this perspective, the use of formulations using biobased binder systems appears to be a promising alternative, offering potential advantages in terms of production speed, energy efficiency and environmental impact. The considered materials are metal pastes based on polysaccharide hydrogels loaded with copper powder. The main objective of this work is to study the suitability of the behaviour of these formulations with the extrusion additive manufacturing process. Defining printability criteria helps to understand relationships between the properties of the formulations, the course of the shaping process, and the quality of the obtained objects

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Coffigniez, Marion. "Additive manufacturing of 3D architectured metallic biomaterials by robocasting". Thesis, Lyon, 2021. http://www.theses.fr/2021LYSEI007.

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Au-delà de l'aspect de personnalisation qu'elle peut apporter au domaine médical, la fabrication additive donne aussi accès à l'élaboration de structures cellulaires. Ces structures, de porosité maîtrisée, permettent à la fois de moduler les propriétés mécaniques de l'objet, mais aussi de favoriser l'invasion cellulaire nécessaire en ingénierie tissulaire. Parmi les métaux communément utilisés en chirurgie orthopédique, les alliages de titane sont ceux présentant la rigidité la moins éloignée de celle de l'os. Cette étude porte donc sur l'élaboration de structures en Ti6-Al-4V, mais aussi en magnésium puisqu’il présente l'avantage d'être résorbable dans l'organisme. Les scaffolds sont obtenus par robocasting, procédé consistant à extruder, couche par couche une encre pâteuse constituée de poudre et de liant. Les structures sont ensuite déliantées et frittées à haute température pour atteindre leurs propriétés finales. Concernant les structures en Ti-6Al-4V, une étude paramétrique est effectuée pour évaluer les possibilités et les limites du procédé en termes de structures (et microstructures), de compositions chimiques et de propriétés mécaniques obtenues.Après optimisation, il est possible d'obtenir des pièces présentant deux niveaux de porosités interconnectées (microporosité intra-filament (interconnectée), bénéfique pour l'accroche cellulaire d'après la littérature, et macropores dessinées), gardant une limite d'élasticité spécifique supérieure à celle de l'os (105 MPa.cm³/g) et un module d'Young proche de celui de l'os (28-30 GPa). Un gradient de la porosité intra-filamentaire peut également être obtenu en faisant varier la taille de poudre au sein d’une seule et même pièce. Concernant le magnésium, un liant compatible avec la réactivité de la poudre (base éthanol) a pu être identifié et les premières étapes du procédé (impression, déliantage) sont donc tout à fait réalisables pour ce matériau. Toutefois, le frittage conventionnel du magnésium (pur) s'avère compliqué du fait de sa réactivité. Des alternatives de frittage sont donc étudiées (frittage en phase liquide, SPS)
Beyond the personalisation aspect that it can bring to the medical field, additive manufacturing also gives access to the elaboration of cellular structures. These structures, with controlled porosity, make it possible both to modulate the mechanical properties of the object and to promote the cellular invasion necessary in tissue engineering. Among the metals commonly used in orthopaedic surgery, titanium alloys are those with the rigidity least distant from that of bone. This study therefore focuses on the development of structures made of Ti6-Al-4V, but also of magnesium since it has the advantage of being resorbable in the body. The scaffolds are obtained by robocasting, a process consisting of extruding, layer by layer, a pasty ink made up of powder and binder. The structures have then to be debinded and sintered at high temperature to achieve their final properties. For Ti-6Al-4V structures, a parametric study is carried out to evaluate the possibilities and limits of the process in terms of structures (and microstructures), chemical compositions and mechanical properties obtained. After optimisation, it is possible to obtain parts with two levels of interconnected porosities (intra-filament (interconnected) microporosity, beneficial for cell adhesion according to the literature, and drawn macropores), keeping a specific yield strength higher than that of bone (105 MPa.cm³/g) and a Young's modulus close to that of bone (28-30 GPa). An intra-filament porosity gradient can also be obtained by varying the powder size within a single part. Concerning magnesium, a binder compatible with the reactivity of the powder (ethanol base) has been identified and the first steps of the process (printing, debinding) are therefore quite feasible for this material. However, conventional sintering of (pure) magnesium is complicated by its reactivity. Alternative sintering methods are therefore being investigated (liquid phase sintering, Spark Plasma Sintering)

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Chabot, Alexia. "Méthodologie de monitoring multiphysique des procédés DED : développement par une démarche expérimentale". Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020ECDN0022.

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La Fabrication Additive métallique apporte de nouvelles possibilités de fabrication et de liberté de conception des pièces fonctionnelles métalliques par rapport aux procédés conventionnels. En particulier, les technologies Direct Energy Deposition (DED), notamment les procédés Laser Metal Deposition (LMD) et Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM) fusionnent directement la matière et la déposent couche par couche pour réaliser une pièce. Actuellement, ces procédés sont majoritairement mis en œuvre en boucle ouverte. Ainsi, l’obtention d’une pièce conforme aux exigences du cahier des charges résulte le plus souvent d’une méthode essai-erreur. Afin d’améliorer la maitrise des procédés DED et de s’affranchir de cette méthode essai-erreur, la simulation numérique et le monitoring sont les principales pistes investiguées dans la littérature. Cette thèse propose une méthodologie générique de monitoring multiphysique, basée sur quatre boucles de contrôle indépendantes et pouvant être mises en œuvre simultanément. Ces boucles de contrôle se focalisent sur la température, la géométrie et la santé matière de la pièce, ainsi que sur le Stick Out. Dans ces travaux, les boucles de contrôle ont été principalement implémentées sur le procédé WAAM. Un soin particulier a été porté sur leur développement pour rendre ces boucles de contrôle adaptables au procédé LMD. Parallèlement à ces travaux, certains outils numériques existants ont été évalués dans l’optique d’être intégrés dans l’environnement de fabrication aux côtés du monitoring. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du laboratoire commun Joint Laboratory of Marine Technology regroupant Naval Group et Centrale Nantes
Additive Manufacturing (AM) is a promising technology compared to subtractive processes, in terms of cost or freedom of manufacturing functional parts. Among the AM techniques, Laser Metal Deposition (LMD) and Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM), included in the Direct Energy Deposition (DED) processes, manufacture parts by directly melting the material in a layer-by-layer maner. Those processes are currently mainly operated in open-loop. Thus, an acceptable part regarding the specified specifications is often the result of a trial-and-error method. In order to improve DED processes performances and to get rid of this trial-and-error method, monitoring and numerical simulation are the most widely investigated solutions. These PhD works propose a generic multiphysic monitoring methodology, based on four independant control loops which can be operated simultaneously. Those control loops are dedicated to the part temperature, geometry, and structural health, and the Stick Out. In these PhD works, control loops have been mainly implemented on the WAAM process, and a specific attention has been devoted to their developments to ensure their applicability to the LMD process. Concurrent to these monitoring develoments, an evaluation of some existing numerical tools has been conducted, in order to integrate simulation together with monitoring in a manufacturing environement. This PhD project is part of the Joint Laboratory of Marine Techology formed by Naval Group and Centrale Nantes

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Radel, Simon. "Implémentation d'un contrôle en ligne pour système de fabrication additive métallique de structures treillis par soudage à l'arc". Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS078/document.

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La technologie de fabrication additive métal fil permet la fabrication de structures filaires complexes en 3 dimensions. Ce système se base sur l'utilisation d'un procédé de soudage qui va permettre le dépôt de la matière. Ce dernier est embarqué sur un bras robotique qui permettra de déplacer la torche de soudage aux positions désirées. Pour fabriquer de grandes structures filaires, le dépôt s'effectue point par point. L'utilisation d'un procédé de soudage induit des fluctuations sur le dépôt. Pour être adaptable facilement, deux aspects doivent être pris en compte. Premièrement, une instrumentation doit être embarquée. Un contrôle local sur la géométrie déposée doit être utilisé pour atteindre les formes finales désirées. Deuxièmement, certaines stratégies de dépôt doivent êtres implémentées pour piloter notre système dans les intersections de branches. Pour atteindre ces deux objectifs, un slicer adaptatif et modulaire, ainsi qu'un système de supervision et de contrôle du système ont été développés pour permettre l'implémentation du contrôle. Cela permet, si une erreur apparait, de changer la position de notre système de dépôt. Pour obtenir la géométrie désirée, notre système de supervision et de contrôle doit pouvoir : (i) effectuer un slicing de la géométrie à la volée lors de la fabrication avec un pas variable pour pouvoir prendre en compte les variations du procédé de dépôt et (ii) gérer les stratégies de dépôt au niveau des intersections pour décider des paramètres procédés et des trajectoires à employer
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) has the possibility to build metallic structures in 3D space. WAAM system is based on welding process to deposit metallic material and on a robot that moves the welding torch to add material at a given position. For large skeleton structures, it was chosen to deposit material point by point. Welding process induces fluctuations.To be fully scalable, two main features must be taken into account. First, monitoring of the process is necessary. Local control on the geometry of the deposition must be used to reach the final shape. Secondly, some deposition strategies must be implemented to manage branch intersections. To reach these two objectives, anadaptive and modular slicer and a process manager have been developed in order to implement this control. It allows us, if an error occurs during the deposition, to change the position of the effector or the process parameters. To obtain the desired geometry, the CAM software have to be able to, (i) do a slicing during the additive process of the part with a variable deposit height in order to take into account variation of the deposition process and (ii) manage the deposition strategy at intersection to output the position of the torch

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Chastand, Victor. "Etude du comportement mécanique et des mécanismes d'endommagement de pièces métalliques réalisées par fabrication additive". Thesis, Ecole centrale de Lille, 2016. http://www.theses.fr/2016ECLI0012/document.

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La fabrication additive est un procédé offrant de nouvelles opportunités aux industriels pour fabriquer des pièces complexes, sans outillage spécifique et en optimisant la matière utilisée.Cette thèse présente les propriétés mécaniques de pièces réalisées par fabrication additive et l’analyse des mécanismes d’endommagement associés, en ayant comme référence les propriétés mécaniques des procédés de fonderie et de corroyage. Ce type d’analyse est indispensable pour l’industrialisation du procédé.Les propriétés en traction et en fatigue, sur des éprouvettes en titane Ti-6Al-4V et en aluminium AlSi7Mg0,6, ont été mesurées. Les effets du procédé de fabrication, de la direction de fabrication, du post-usinage et des post-traitements thermiques ont été comparés. Les propriétés sont au moins au niveau de la fonderie.Ces résultats ont été analysés en corrélation avec les microstructures et les faciès de rupture, afin de dégager des mécanismes d’endommagement. Les critères permettant de mesurer la criticité des défauts ont été définis.Certaines de ces hypothèses ont pu être vérifiées grâce à des essais de traction in situ au micro tomographe
Additive manufacturing offers new opportunities for industries to manufacture complex parts with no additional tooling and better optimization of the material used.This thesis is about the analysis of the mechanical properties and the damaging mechanisms of parts produced by additive manufacturing, using mechanical properties of casted and wrought parts as reference. This type of analysis is necessary in order to industrialize the process.The tensile and fatigue properties on Titanium Ti-6Al-4V and Aluminium AlSi7Mg0,6 were measured. The effects of the process, the manufacturing direction, the post-machining and the post-heat treatments were compared. Properties are at least at the level of casting.A correlation of these results with microstructures and fracture surfaces was made in order to extract the damaging mechanisms. A method to measure the criticity of the defects in a part was defined. Some of these hypotheses were verified using microtomographic in situ tensile tests

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Corona, Galvan Luis. "Prototypage rapide de pièces en acier : étude du dépôt de matière et d'énergie lors de la fusion à l'arc d'un fil par le procédé MIG-CMT". Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS062/document.

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Un banc d’essai spécialement dédié à la fabrication additive par une nouvelle technologie basée sur la fusion à l’arc électrique d’un fil métallique a été développé. Le procédé utilise une source de soudage à l’arc appelée Cold Metal Transfer (CMT) pour assurer la fusion contrôlée d’un fil métallique et le dépôt de gouttelettes de métal liquide, afin de produire par la superposition de cordons des pièces mécaniques. La technologie développée a été employée pour fabriquer des éprouvettes à partir d’un fil en acier faiblement alliés. L’influence des nombreux paramètres contrôlant la source de soudage à l’arc sur les mécanismes de fusion du fil et de transfert des gouttelettes de métal fondu pour former les cordons a été étudiée. Les cycles de fusion-transfert de métal liquide ont été analysés en particulier au regard des énergies générées durant chacune des phases du cycle. Cette connaissance a permis de trouver des réglages du procédé permettant d’accroître le taux de dépôt de métal en comparaison des réglages standards préenregistrés dans le microprocesseur du générateur de soudage CMT. Des murs constitués par la superposition d’un grand nombre de cordons ont ensuite été réalisés, et l’influence de l’ajout de nombreuses couches sur la géométrie des dépôts discutée. Finalement, une méthode de contrôle en ligne du procédé, basée sur le principe des cartes de contrôle, a été développée. Une étude approfondie des formes d’onde d’intensité et de tension représentatives du cycle de fusion/transfert avec le procédé CMT a permis d’identifier les caractéristiques les plus pertinentes pour détecter, à partir d’une carte de contrôle, une dérive du procédé pouvant conduire à l’apparition de défauts géométriques
A test bench specially dedicated to additive manufacturing by a new technology based on the electric arc melting of a metallic wire has been developed. This technology uses an electric arc welding process called Cold Metal Transfer (CMT) as energy source to ensure the controlled melting of the wire and the deposition of liquid metal droplets to produce mechanical parts by superposing weld beads. The developed technology was used to make specimens from a low alloyed steel wire. The influence of the many parameters controlling the arc welding source on the mechanism of wire melting and transfer of molten metal droplets to form weld beads was studied. The melting-transfer cycles of liquid metal were analyzed in particular with special interest in the energies generated during each of the cycle phases. This knowledge has made possible to find different process settings for increasing the metal deposition rate compared to the pre-recorded standard settings in the microprocessor of the CMT welding generator. Walls consisting of the superposition of a large number of weld beads were then made, and the influence of the addition of many layers on the geometry of the deposits were discussed. Finally, a method of online control of the process, based on the principle of control charts, has been developed. A detailed study of the representative waveforms of current and voltage of the melting / transfer cycle with the CMT process has allowed to identify the most relevant characteristics for detecting, from a control chart, a deviation on the process that may lead to the appearance of geometrical defects

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Odinot, Julie. "Développement de la fabrication additive directe par DED-CLAD : de la poudre à la mise en forme de pièces céramiques denses". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN059.

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Les techniques d’élaboration de matériaux par fabrication additive (FA) sont en plein essor [1]. Elles permettent de fabriquer des pièces par ajout de matière, en opposition avec les techniques traditionnelles par soustraction de matière (usinage). Il existe à l’heure actuelle de nombreux procédés de FA, adaptés à différentes applications : fusion ou frittage par faisceau d’électrons ou par laser, dépôt de matière direct ou en lit de poudre… Ces procédés ont été bien développés pour des matériaux polymères puis métalliques. Des techniques de FA de matériaux céramiques via des polymères chargés ont également vu le jour, mais celles-ci nécessitent des traitements postérieurs (cycles de déliantage, frittage) [2]. Les matériaux céramiques denses sont encore peu développés en fabrication additive en raison de la fissuration de ces matériaux lors de leur élaboration.La technologie CLAD (Construction Laser Additive Directe), développée par IREPA-LASER, permet la fabrication de pièces par dépôt de matière fondue. Le matériau sous forme de poudre est acheminé via une buse laser et projeté dans le faisceau. Il est ainsi porté à la température de fusion. La fusion successive de plusieurs couches permet l’obtention de la pièce. Cette technique, en plus de n’utiliser que la matière nécessaire (contrairement aux techniques de fabrication par lit de poudre), permet la fabrication de pièces de grandes dimensions, voire en multi-matériaux. Cette technologie est, pour l’heure, dédiée aux matériaux métalliques.L’objet de ce sujet de thèse, en partenariat entre l’ONERA et IREPA-LASER dans le cadre du projet inter-Carnot CLADIATOR, est d’étudier la FA de matériaux céramiques denses par le procédé CLAD®. Cette étude porte ainsi sur le procédé dans son ensemble, des matières premières aux pièces finales, en passant par l’adaptation du moyen de fabrication aux contraintes spécifiques liées aux matériaux céramiques.Les matières premières exigent d’être adaptées au procédé ; les deux principales difficultés étant la coulabilité de la poudre, nécessaire pour son acheminement dans la buse, et l’absorption de la source laser par le matériau pour sa montée en température. En parallèle de la caractérisation des matières premières (granulométrie, MEB, dilatométrie, DRX…), des essais d’atomisation par séchage seront effectués pour optimiser la coulabilité des poudres [3]. Ce procédé d’atomisation permet d’obtenir des poudres sous forme d’agglomérats sphériques de plus petites particules ; leur forme est régulière, mais elles restent poreuses. L’ajout de dopants sera étudié pour améliorer l’absorption du signal, en adéquation avec une éventuelle adaptation du laser. Les matériaux considérés sont l’alumine, la zircone ainsi que des compositions eutectiques d’alumine-zircone.La principale difficulté de ce sujet réside dans la sensibilité à la fissuration des matériaux céramiques, en raison du fort gradient thermique induit par le chauffage local du laser et le refroidissement de la pièce. Des solutions de chauffage de la pièce et/ou du matériau avant et après le dépôt seront étudiées pour limiter les contraintes thermomécaniques subies par le matériau [3,4].La machine devra également être modifiée pour supporter les températures élevées nécessaires à l’élaboration de céramiques (températures de fusion et dispositif de pré/post chauffage). L’étude et l’optimisation de ces solutions seront effectuées à l’aide de modélisations multi physiques sur le logiciel COMSOL en collaboration avec IREPA-LASER.Enfin, l’influence du procédé d’élaboration sur l’état des pièces réalisées sera étudiée grâce à des caractérisations microscopiques, mécaniques, thermiques…
This work, in partnership between the ONERA Materials and Composite Structure Department (DMSC) and IREPA Laser within the CLADIATOR project, is based on the study of direct additive manufacturing of dense ceramic materials by direct melt deposition (also known as laser cladding) process. This process enables high dimensions or even multi-materials part manufacturing.It will deal with the adaptation of raw materials (ceramic powders) to the existing machine, especially in the case of powder flowability and optical absorption. Indeed, the powder flowability enables its transportation up to the laser nozzle, while the optical absorption of the laser signal is necessary to allow its melting.In parallel, the existing machine also needs to be adapted to ceramic materials : the main difficulty of this work will be the occurence of cracks during the manufacturing. This phenomena is due to the local heating by the laser and the materials brittleness. That’s why some secondary heating solutions, before or after the melt, will have to be defined to decrease the thermal gradient in the material while processing. Those solutions will be discussed between Onera and Irepa Laser, based on FEM simulations established with COMSOL Multiphysics software.Finally, the elaboration process influence on the manufactured ceramics parts will be investigated with microscopy, mechanical and thermal characterization

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Azman, Abdul Hadi. "Méthode pour l'intégration des structures treillis dans la conception pour la fabrication additive". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI004/document.

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Il est maintenant possible de fabriquer des structures treillis métalliques facilement avec la fabrication additive. Les structures en treillis peuvent être utilisées pour produire des pièces de faible masse et de haute résistance. Il n’existe pas de méthode de conception pour les structures treillis. Cette thèse se concentre sur les méthodes de conception des structures treillis et la manipulation dans le CAO et FAO pour faciliter l'intégration des structures treillis dans les produits. La thèse a abordé les questions de recherche suivantes:• Pourquoi les structures treillis sont-elles si peu utilisées dans la conception?• Quelles sont les informations nécessaires pour aider les concepteurs à concevoir des pièces contenant des structures treillis?• Comment les structures treillis peuvent-elles être créées rapidement et facilement dans le CAO?Les principales contributions sont les suivantes:• Une évaluation des outils CAO actuels dans la conception de structures en treillis en termes d'interface homme machine, de formats de fichiers CAO et de FAO pour la fabrication d'additive a été effectuée. Les résultats montrent que les outils de CAO et les formats de fichier CAO actuels ont des performances insuffisantes dans le contexte de la conception pour la fabrication d'additive. Les outils de CAO actuels créent et représentent actuellement des structures en treillis utilisant les surfaces limites des volumes. Cela contribue ainsi à la grande taille des fichiers, à une consommation élevée de mémoire vivre, ainsi des opérations fastidieuses pour les modélisations.• Une nouvelle stratégie de conception de structures treillis. Cette méthode sert de guide aux concepteurs pour l'intégration des structures en treillis dans les pièces fabriquées par fabrication additive en utilisant le matériau équivalent. Les concepteurs auront à leur disposition les informations nécessaires pour choisir les types et la densité des structure treillis à utiliser.• Une méthodologie pour calculer les propriétés matériau équivalent. Ces matériaux équivalents remplacent le besoin de créer des structures treillis dans le CAO et de les calculer par éléments-finis. Cela permettra d'économiser du temps dans la création de modèles CAO 3D et les calculs éléments finis.• Les principales caractéristiques géométriques des structures treillis ont été déterminées. Un modèle squelettique a été présenté pour définir les structures treillis à partir de points, de lignes, de sections et de joints au lieu des surfaces et des volumes. Une méthode est présentée pour visualiser et découper les structures treillis à partir du modèle squelette
It is now possible to manufacture metallic lattice structures easily with additive manufacturing. Lattice structures can be used to produce high strength low mass parts. However, it does not exist a method to design lattice structures for additive manufacturing. This PhD focuses on lattice structure design methods and manipulation in CAD, CAE and CAM tools to facilitate the wide use of lattice structures in products. The thesis addressed the following research questions:• Why are lattice structures so little used in part designs?• What are the information necessary to help designers to design parts containing lattice structures?• How can lattice structures be created quickly and easily in CAD?The main contributions are:• An evaluation of current CAD tools in terms of human machine interface, CAD file formats, CAE and CAM to design lattice structures was conducted. The results show that current CAD tools and CAD file formats have insufficient performance in the context of design for additive manufacturing. Current CAD tools create and represent lattice structures using surfaces and volumes. This contributes to large ﬁle sizes, high RAM consumption, as well as time-consuming creations and operations.• A new lattice structure design strategy. This method serves as a guideline for designers to integrate lattice structures in additive manufactured parts using the concept of equivalent material. Designers will be able to choose lattice structure patterns and densities.• A methodology to create equivalent materials is presented. It is solid and does not contain any struts, thus has few surfaces only. With this equivalent material, it will be easier and quicker to conduct FEA due to the small number of surfaces involved. The characteristics of different lattice structure patterns and densities were determined, which are the relative Young’s modulus and relative strength in function of the relative density. This methodology can be applied to all lattice structures.• The main lattice structure geometrical characteristics were determined. A skeleton model was presented to define lattice structures with points, lines, sections and joints instead of surfaces and volumes. A method is presented to visualise in CAD and slice lattice structures in CAM from the skeleton model

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Al-Meslemi, Yahya Ismail. "Modélisation prédictive pour la Fabrication Additive métallique : Caractéristiques clés et applications à la caractérisation de la porosité". Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPAST007.

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Résumé : La maitrise de la qualité constitue le principal obstacle à une adoption plus accrue des procédés de fabrication additive. L'analyse des données, la modélisation des processus physiques, la mesure des pièces et l'évaluation métrologique sont de plus en plus utilisées pour obtenir une meilleure qualité. Cependant, il existe encore des défis importants en matière de modélisation, de calcul et de mesure en raison du large éventail de paramètres impliqués qui affectent la qualité de la pièce finale.Dans cette thèse, nous proposons de remédier à certaines des limitations liées à la qualité des pièces en fabrication additive. Nous proposons une approche de modélisation prédictive pour effectuer la caractérisation de la porosité et déterminer la plage des paramètres de fabrication en fonction d'un ensemble restreint de données collectées.L'approche systématique de modélisation proposée utilise les processus Gaussiens (GP) pour permettre des prédictions sur l'ensemble de l'espace expérimental en fonction de données de mesures. Le modèle proposé exploite une fonction covariance, de l'inférence bayésienne, et des chaînes de Markov pour estimer les paramètres du modèle, à partir des données acquis. Les données sont générées à partir d’un plan d'expérience et d'un protocole d'analyse d'images par tomographie. Pour une mise en œuvre efficace de cette approche, nous mettons en avant de corrélations entre les conditions du processus de fabrication et les caractéristiques du produit. Ces caractéristiques clés (KCs) sont évaluées en fonction de leur importance et sont ordonnées hiérarchiquement d'un point de vue statistique
Abstract : Quality control remains the main barrier for broader adoption of Additive Manufacturing processes. Data analytics, physical process modelling, part measurement and metrological assessment, are more and more used to achieve better quality. However, there are still significant modeling, computational, and measurement challenges stemming from the broad range of the involved parameters affecting the quality of the final part.In this thesis, we focus on overcoming some of these quality-related limits. We propose a predictive modeling approach to perform porosity characterization and to determine the range of manufacturing working conditions based on a limited set of previously collected data.The proposed systematic modeling approach uses Gaussian Process (GP) to map the entire experimental space based on limited predetermined measured points. GP integrates a covariant function, which uses statistical bayesian inference coupled with Markov Chain to estimate model parameters, based on the collected data. These data are generated based on a proposed experimental design and CT scan image analysis protocol. Finally, and for an efficient implementation of approach, we benefit from establishing correlations between the manufacturing process conditions and the product’s features, based on Key Characteristics (KCs) while considering the whole value chain in AM. These KCs are evaluated based on their importance and ordered hierarchically from a statistical point of view

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Marcos, Daniel. "Développement de MOULes INNOVants à haute conductivité thermique pour l’injection de matières plastiques fabriquées par Selective Laser Melting (SLM/LBM)". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM080.

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Cette thèse a pour objectif de proposer des matériaux adaptés aux attentes d’une empreinte de moule pour l’injection plastique, fabriquée couche par couche par fusion sélective par laser ou « Selective Laser Melting » (SLM). La réalisation d’outillages à haute productivité demande de concevoir des moules à multi-empreintes, à forte dissipation thermique et tenue à l’usure de façon à résister à l’injection de polymères agressifs à haute transition vitreuse et renforcés de fibres de verre. Ces empreintes de moule doivent être à même de supporter de fortes cadences et des cycles thermiques contraignants. La solution proposée dans cette thèse est de travailler sur la mise en forme par SLM de matériaux à haute conductivité thermique et haute dureté. Un premier matériau du commerce répondant partiellement à la demande industrielle a été proposé. Il s’agit d’un acier faiblement allié (42CrMo4). Une caractérisation de la poudre issue d’une atomisation au gaz a été entreprise et ses caractéristiques de mise en couche ont été évaluées. Sa mise en forme par fusion laser a permis d’identifier un ensemble de jeux de paramètres viables, permettant la construction d’inserts à qualité métallurgique satisfaisante. La mise au point d’un traitement thermique approprié vient parfaire l’étude de cet acier. La dernière partie de cette thèse s’attache à proposer le meilleur « design » de poudre pour la mise en forme par SLM de cermets à base WC répondant complétement au cahier des charges industriels. Cette étude reste toutefois exploratoire et se focalise sur l’identification de mécanismes métallurgiques (réactions, changements d’état solide/liquide et liquide/vapeur,…), de phénomènes thermocapillaires et de transports de matière par convection gazeuse
The aim of this thesis is to propose materials adapted to the needs of a mold cavity for plastic injection, manufactured layer by layer by "Selective Laser Melting" (SLM). The production of high productivity tools requires the design of multi-cavity molds, with high heat dissipation and wear resistance to resist the injection of aggressive polymers with highglass transition and glass fiber reinforced. These molds must be able to with stand high rates and binding thermal cycles. The solution exposed in this thesis is to work on the fabrication by SLM of materials with high thermal conductivity and high hardness. At first, a commercial material partially meeting industrial demand has been proposed. It is a low alloy steel (42CrMo4). A characterization of the powder from a gas atomization was undertaken and its layering characteristics were evaluated. The experiences, of melting it with a laser, have identified a set of viable parameters, allowing the construction of parts with satisfactory metallurgical quality. The development of a suitable heat treatment completes the studyof this steel. The last part of this thesis consist in a proposition of a "design" of powder for the fabrication by SLM of MetalMatrix Composites, with WC base, fulfilling the industrial specifications. However, this study remains exploratory and focused on the identification of metallurgical mechanisms (reactions, changes in solid / liquid and liquid/ vapor states, etc.), thermo-capillarity phenomena and matter transport by gas convection

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Schneider-Maunoury, Catherine. "Application de l’injection différentielle au procédé de fabrication additive DED-CLAD® pour la réalisation d’alliages de titane à gradients de compositions chimiques". Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0260/document.

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Depuis 1984, les matériaux à gradients de fonction (FGM) permettent de former une barrière thermique et réduire les fortes discontinuités des propriétés entre deux matériaux de nature différente. Ces multi-matériaux, qui consistent en une variation intentionnelle de la composition chimique entrainant par conséquent une modification des propriétés microstructurales, chimiques, mécaniques et thermiques, permettent de lisser la distribution des contraintes thermiques. L’élaboration in situ de ces alliages sur mesure est rendu possible grâce à l’utilisation de procédés de fabrication additive tel que le procédé par dépôt de poudres DED-CLAD®. Ces procédés connaissent un essor considérable depuis les années 1980 et sont idéaux dans la fabrication de FGM. Dans le cadre de cette thèse CIFRE, des développements techniques ont été effectués pour adapter le procédé DED-CLAD® et permettre la réalisation de FGM. Grâce à plusieurs collaborations industrielles, une étude complète a été réalisée sur les alliages titane-molybdène et titane-niobium. Ces alliages permettent dans le premier cas de réaliser des pièces résistantes à de fortes sollicitations thermiques (secteur spatial), et dans le second cas d’associer les propriétés mécaniques et la biocompatibilité (secteur biomédical). L’originalité de cette thèse repose sur l’étude d’un gradient complet, c’est-à-dire que l’ajout en élément d’alliage varie de 0% à 100%. En effet, les études reportées dans la littérature ne font pas mentions des alliages titane-matériaux réfractaire pour des taux élevés en élément réfractaire. Les analyses microstructurale (DRX, structure cristallographique par EBSD, microstructure), chimique (EDS) et mécanique (microdureté, tests de traction et essais d’indentation instrumentée) ont mis en évidence une évolution des propriétés le long du gradients de composition. La caractérisation mécanique des échantillons par indentation instrumentée s’est par ailleurs révélée particulièrement pertinente dans les cas de ces multi-matériaux
Since 1984, the Functionally Graded Material (FGM) allow to create a thermal barrier and to reduce the strong discontinuities of properties between two materials of different composition. These multimaterials,whose consist of an intentional variation in the chemical composition and, consequently, modify the microstructural, chemical, mechanical and thermal properties, lead to a smooth distribution of the thermal stress. The in-situ development of these custom-made alloys is made possible by the use of additive manufacturing processes such as the DED-CLAD® powder deposition process. These processes have grown substantially since the 1980s and are optimal for the manufacture of FGM. During this industrial thesis, technical developments have been carried out to adapt the DED-CLAD® process and to allow the manufacturing of FGM. Thanks to two industrial collaborations, a full study was carried out on titanium-molybdenum and titanium-niobium alloys. These alloys make it possible, in the first case, to produce parts resistant to strong thermal stress (space sector), and in the second case to combine mechanical properties and biocompatibility (biomedical sector). The originality of this thesis rests on the study of a complete gradient, that is the addition in alloy element varied from 0% to 100%. In fact, studies reported in the literature do not mention titanium-refractory material for high levels of refractory element. Microstructural (XRD, crystallographic analysis by EBSD technique), chemical (EDS) and mechanical (microhardness, tensile test and instrumented indentation) analyses revealed an evolution of the properties along the chemical gradient. The mechanical characterization of the sample by instrumented indentation has also proved particularly relevant in the case of these multi-materials

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Schneider-Maunoury, Catherine. "Application de l’injection différentielle au procédé de fabrication additive DED-CLAD® pour la réalisation d’alliages de titane à gradients de compositions chimiques". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0260.

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Depuis 1984, les matériaux à gradients de fonction (FGM) permettent de former une barrière thermique et réduire les fortes discontinuités des propriétés entre deux matériaux de nature différente. Ces multi-matériaux, qui consistent en une variation intentionnelle de la composition chimique entrainant par conséquent une modification des propriétés microstructurales, chimiques, mécaniques et thermiques, permettent de lisser la distribution des contraintes thermiques. L’élaboration in situ de ces alliages sur mesure est rendu possible grâce à l’utilisation de procédés de fabrication additive tel que le procédé par dépôt de poudres DED-CLAD®. Ces procédés connaissent un essor considérable depuis les années 1980 et sont idéaux dans la fabrication de FGM. Dans le cadre de cette thèse CIFRE, des développements techniques ont été effectués pour adapter le procédé DED-CLAD® et permettre la réalisation de FGM. Grâce à plusieurs collaborations industrielles, une étude complète a été réalisée sur les alliages titane-molybdène et titane-niobium. Ces alliages permettent dans le premier cas de réaliser des pièces résistantes à de fortes sollicitations thermiques (secteur spatial), et dans le second cas d’associer les propriétés mécaniques et la biocompatibilité (secteur biomédical). L’originalité de cette thèse repose sur l’étude d’un gradient complet, c’est-à-dire que l’ajout en élément d’alliage varie de 0% à 100%. En effet, les études reportées dans la littérature ne font pas mentions des alliages titane-matériaux réfractaire pour des taux élevés en élément réfractaire. Les analyses microstructurale (DRX, structure cristallographique par EBSD, microstructure), chimique (EDS) et mécanique (microdureté, tests de traction et essais d’indentation instrumentée) ont mis en évidence une évolution des propriétés le long du gradients de composition. La caractérisation mécanique des échantillons par indentation instrumentée s’est par ailleurs révélée particulièrement pertinente dans les cas de ces multi-matériaux
Since 1984, the Functionally Graded Material (FGM) allow to create a thermal barrier and to reduce the strong discontinuities of properties between two materials of different composition. These multimaterials,whose consist of an intentional variation in the chemical composition and, consequently, modify the microstructural, chemical, mechanical and thermal properties, lead to a smooth distribution of the thermal stress. The in-situ development of these custom-made alloys is made possible by the use of additive manufacturing processes such as the DED-CLAD® powder deposition process. These processes have grown substantially since the 1980s and are optimal for the manufacture of FGM. During this industrial thesis, technical developments have been carried out to adapt the DED-CLAD® process and to allow the manufacturing of FGM. Thanks to two industrial collaborations, a full study was carried out on titanium-molybdenum and titanium-niobium alloys. These alloys make it possible, in the first case, to produce parts resistant to strong thermal stress (space sector), and in the second case to combine mechanical properties and biocompatibility (biomedical sector). The originality of this thesis rests on the study of a complete gradient, that is the addition in alloy element varied from 0% to 100%. In fact, studies reported in the literature do not mention titanium-refractory material for high levels of refractory element. Microstructural (XRD, crystallographic analysis by EBSD technique), chemical (EDS) and mechanical (microhardness, tensile test and instrumented indentation) analyses revealed an evolution of the properties along the chemical gradient. The mechanical characterization of the sample by instrumented indentation has also proved particularly relevant in the case of these multi-materials

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Millon, Célia. "Contribution à l’inspection d’échantillons de fabrication additive métallique par ondes de Rayleigh au moyen d’une méthode ultrasons-laser". Thesis, Paris, CNAM, 2018. http://www.theses.fr/2018CNAM1195/document.

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L’objectif de cette thèse est de contribuer à la détection de défauts dans des pièces réalisées par le procédé de fabrication additive de déposition métallique par laser (DML), en vue d’un contrôle in situ. Le contrôle in situ envisagé porte sur les derniers cordons déposés par le procédé (acier 316L et Inconel 718), pour lesquels des porosités et fissures peuvent apparaître (~ 100 µm). L’inspection est effectuée par méthode ultrasons-laser (UL), c’est-à-dire tout optique et non intrusive (régime thermoélastique). Le procédé DML engendre une microstructure dite à gros grains et des rugosités de surface qui rendent le contrôle ultrasonore plus délicat. En effet, ces caractéristiques microstructurales provoquent la diffusion des ondes élastiques dans le milieu. Ce travail de thèse participe donc à la compréhension de ces phénomènes et de leurs influences pour mieux détecter des défauts subsurfaciques dont les dimensions sont proches des longueurs d’ondes acoustiques. Ainsi, l’inspection en surface a été optimisée par la conception d’un montage optique, permettant de favoriser la génération de l’onde de Rayleigh, par une ligne source laser fine (~200 µm) et présentant des fronts raides. En conséquence, le contenu spectral de l’onde a été augmenté vers les hautes fréquences, c’est-à-dire jusqu’à 10 MHz. La longueur d’onde de Rayleigh (λR) a pu être ainsi diminuée à une valeur proche de celle des défauts recherchés, de l’ordre de 700 µm. Ensuite, les limites de ce dispositif ont été mises en évidence sur des pièces fabriquées par le procédé DML. Ces pièces comportent des défauts usinés, des entailles et des trous génératrice dont les dimensions sont inférieures à λR, leur surfaces est rugueuse (diffraction multiple de l’onde de Rayleigh). Puis, l’inspection de défauts réels subsurfaciques est étudiée. Ces défauts sont créés soit par une variation d’un des paramètres du procédé, le hatch (distance inter-cordon), ou encore par l’utilisation d’une poudre métallique de mauvaise qualité. En dégradant volontairement ces paramètres, les échantillons présentent alors des taux de porosités (Φ) pouvant s’étendre de 0,5% à 10%. Enfin, deux méthodes de corrélations ont été exploitées pour discriminer les taux de porosités : à travers l’étude du degré de ressemblance et l’Analyse en Composantes Principales (ACP). La première méthode, simple et rapide à mettre en œuvre, ne permet cependant pas de distinguer les taux de porosités. En revanche, l’ACP indique qu’il est possible de discriminer tous les défauts. Pour finir, des tests préliminaires ont été effectués afin de montrer qu’il est possible d’effectuer des mesures par méthode UL sur surface rugueuse, tout en conservant un bon rapport signal sur bruit, et ce sans moyenner les signaux, au cours d’un déplacement robotisé
This thesis contributes to the detection of flaws in laser metal deposition (LMD) additive manufacturing process samples towards an in situ control of the process. The in situ control foreseen concerns the last layers deposited by the process (316L and Inconel 718 steel) for which porosities and cracks may appear (~ 100 µm). The inspection is performed by laser-ultrasonics (LU), an all-optical and non-invasive technic. Experiments are conducted in thermoelastic mode. The LMD process gives rise to coarse grain microstructure and surface roughness, that make the control tricky. Indeed, those characteristics generate scattering elastic waves. Thus, this work contributes to the better comprehension of those phenomena and their effects of the detection on subsurface flaws which dimensions are close to the acoustic wavelength. Surface inspection has been optimized by designing an optical setup, improving the Rayleigh wave generation by using a thin laser line source (~200 µm). Hence, the spectral content has been increased until it reaches 10 MHz, that is to say a wavelength equals to 700 µm (λR). Then, the limits have been brought out through the inspection of LMD samples. Those samples include sided drilled holes and notches which dimensions are less than λR, on rough surface (multiple scattering of Rayleigh wave). Moreover, real subsurface flaws inspections have been studied. The flaws have been created by the instability of one of the process parameter: the hatch (distance between each layer), or by a bad powder quality. By intentionally deteriorating those parameters, the samples, then, have porosity rate (Φ) with ranging from 0.5% to 10%. Finally, two correlation methods have been studied to discriminate porosity rate: through the study of the normalized cross correlation function and by Principal Component Analysis (PCA). The first method, simple and fast to implement, does not allow distinguishing the porosity rates. Nevertheless, the PCA indicates that it is possible to discriminate all the flaws. Finally, preliminary tests have been carried out to show that LU measurements is feasible on rough surfaces, while keeping a good signal-to-noise ratio, without averaging, during an automated displacement

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Andurand, Lewis. "Développement d'une méthode de génération de trajectoire versatile pour la réalisation de pièces par procédés DED multi-axes à partir de surfaces facettisées". Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2023. http://www.theses.fr/2023TOUL0001.

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La fabrication additive est une catégorie de procédés qui permet l’obtention de pièces mécaniques par apport de matière. Les procédés de type Directed Energy Deposition (DED), combinables avec des robots multi-axes, sont prometteurs pour l’obtention de pièces à la structure complexe. Cependant, les méthodes de génération de trajectoire et les structures des machines utilisées restent un enjeu dont les innovations décupleraient les possibilités industrielles.Cette thèse présente une méthode numérique systématique de génération de trajectoire adaptée aux procédés DED à partir d’une surface facettisée de forme arbitraire. Validée à travers des simulations sur des surfaces minimales tri-périodiques, la méthode permet la création d’un premier trajet de dépôt respectant la contrainte de distance entre la pièce et l’outil. Combinable à de la rétroaction par priorisation de régions, il pourra être modifié ultérieurement selon les contre-indications physiques issues du robot utilisé, du matériau de fabrication et de l’outil
Additive manufacturing is a category of processes that allows the production of mechanical parts by the adding of material. Directed Energy Deposition (DED) processes can be combined with multi-axis robots and are a promising option to obtain parts with complex structures. However, the path generation methods and the machine structures used remain an issue. With innovations in these areas, the industrial possibilities would increase tenfold.This thesis presents a numerical and systematic path generation method based on meshed surfaces and adapted to DED processes. The method was validated through simulations on minimal triply periodic surfaces and allows the creation of a first deposition path that meets the distance constraint between the part and the tool. This first path can be combined with region prioritization feedback to obtain a final path adapted to the physical warnings provided by the robot, the manufacturing material and the tool

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Limousin, Maxime. "Développement d’inserts de moule pour l’injection plastique en acier inoxydable martensitique et en verre métallique massif produits par Laser Beam Melting (LBM)". Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEE003.

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Cette thèse a pour but d’augmenter la durée de vie des moules pour l’injection plastique. Les principaux phénomènes à refréner sont l’usure par abrasion et l’usure par corrosion. Pour ce faire, deux familles de matériaux ont été présélectionnées. Il s’agit des aciers à outils inoxydables et des verres métalliques massifs. Ces travaux détaillent donc la sélection, le développement et la caractérisation d’une nuance pour chacune de ces familles. In fine, cette thèse délivre un nouvel acier adapté à la fabrication additive et aux moules d’injection plastique, allant de l’élaboration de la poudre à l’optimisation des paramètres LBM et de ceux du traitement thermique. Cet acier permet d’offrir un bon compromis en termes de propriétés thermiques, mécaniques et de résistance à la corrosion. Quant au verre métallique massif, ces travaux de thèse démontrent que la nuance choisie permet de conserver suffisamment de matériau amorphe pour induire des propriétés exceptionnelles
The aim of this thesis is to increase molds lifetime. Mains phenomena to limit are abrasion wear and corrosion. For this purpose, two material families have been preselected. They have been identified among stainless steels and bulk metallic glasses. This work details their selection, development in additive manufacturing and characterization for both materials. In the end, this thesis delivers a new steel grade adapted to the additive manufacturing and plastic injection molds, which affords good corrosion resistance, high hardness and a comparatively good thermal conduction. Concerning the bulk metallic glass, this work shows that the chosen composition allowed to preserve enough amorphous material to induce exceptional properties and give strong hopes to continue in this vein

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Pouzet, Sébastien. "Fabrication additive de composites à matrice titane par fusion laser de poudre projetée". Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0051/document.

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Les composites à matrice titane (CMTi) sont des matériaux attractifs pour des applications aéronautiques, en raison de leurs performances mécaniques à haute température et de leur faible densité. La difficulté d’usiner ce type de matériaux rend les procédés de fabrication additive intéressants pour la fabrication de pièces complexes en trois dimensions. Cette étude porte sur l'élaboration de composites à matrice titane par le procédé de fabrication additive par fusion laser de poudre projetée. Dans un premier temps, différents types de poudres- renfort et de préparations de poudre ont été utilisés pour faciliter la mise en œuvre du procédé additif, dans le but d’obtenir des microstructures homogènes. Dans un second temps, l’étude s’est concentrée sur le mélange Ti-6Al-4V / B4C formant des renforts TiB et TiC par voie in-situ dans une matrice de Ti-6Al-4V. Les mécanismes de formation des microstructures obtenues ont pu être expliqués puis une étude des propriétés mécaniques (dureté, module d’Young et comportement sous une sollicitation en traction à chaud et à l’ambiante) a été réalisée afin d’évaluer l’effet du renforcement sur les propriétés mécaniques du matériau. Parmi les résultats importants ce cette étude, la présence de taux de carbone élevés en solution solide dans la matrice de titane a été évoqué comme étant le facteur prédominant dans l'augmentation des propriétés mécaniques avec le taux de B4C
Titanium matrix composites are attractive materials for aeronautical applications, mainly because of their superior mechanical resistance at elevated temperature, combined with a low density. The critical machinability of such composites makes additive manufacturing processes particularly adapted for building complex 3D shapes. This study has been focused on the Direct Metal Deposition (DMD) of Metal matrix composites. In a first step, various powders and powder blends have been carried out in order to facilitate the DMD process and to obtain homogeneous microstructures. Following this, Ti-6Al-4V / B4C powder blends, allowing to obtain TiB + TiC particles distributed in the Ti matrix were more specifically considered. Metallurgical mechanisms involved in the formation of microstructures were identified prior to an investigation on mechanical properties at ambient and elevated temperature for various DMD process conditions and particle concentrations. Among the most interesting results of this study, the influence of a high carbon content solubilized in the Ti-matrix was considered as a dominant factor to explain the evolution of mechanical properties with increased amounts of reinforcements

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Kang, Nan. "Élaboration "in-situ" par mélanges de poudres de composites à matrice métallique au cours du processus de fabrication additive". Thesis, Belfort-Montbéliard, 2016. http://www.theses.fr/2016BELF0305/document.

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La micro fusion laser d'un lit de poudre (SLM) permet la réalisation de pièces complexes avec des microstructuresfines. Cette technologie présente de nombreux avantages mais se heurte encore à une faible disponibilité des poudres d'alliages. En SLM, la pièce est d'abord conçue par CAO (conception assistée par ordinateur), puis construite couche par couche avec un faisceau laser commandé par un ordinateur. Dans ce cadre, le travail effectué dans cette thèse a consisté à étudier et à développer une nouvelle méthode pour réaliser des pièces en alliages et en composites à partir de mélanges de poudres élémentaires, ouvrant ainsi la voie à une grande variété de compositions.Au niveau expérimental le choix s'est porté sur le système aluminium-silicium avec différentes teneurs en silicium (12, 18 et 50% en poids). L'effet de l'ajout d'un champ magnétique statique a aussi été proposé comme un outil supplémentaire de contrôle de la microstructure.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 des phases et les propriétés mécaniques du produit. Une analyse systématique de l'effet de ces paramètres sur l'alliage Al - Si fabriqué par SLM à partir de mélanges de poudres est présentée. Des alliages ont été ainsi obtenus pour plusieurs domaines de composition visés correspondant à des applications pratiques (structures légères, système tribologique, emballage électronique, ...).Les microstructures fines obtenues grâce à la solidification rapide des matériaux fondus conduit à des propriétés quise comparent de façon favorable à celles obtenues avec les techniques classiques d'élaboration et de mise en oeuvre
As a new manufacturing technology, Selective laser melting (SLM) has a large potential in the manufacturing of complex parts with ultrafine microstructure.Selective laser melting has many significant advantages over traditional manufacturing methods but still faces a low availability of powder materials. With SLM, the part is firstly designed via 3D computer-aided design (CAD)), then built layer-by-layer with a high energy computer-controlled laser beam The work done in this study was therefore aiming at developing a new way to obtain alloys and composites directly from elemental powder mixtures with a large composition flexibility.Experimentally the choice was made of the aluminum-silicon system with several silicon contents (12, 18, 50 wt. %).Adding a static magnetic field was also considered as an additional way to control the microstructure. When parts are manufactured by SLM, laser power and scanning speed are the main parameters determining the density, microstructure, phase composition and mechanical properties. A systematic analysis of the role of these parameter on the manufacturing of Al - Si alloys by SLM from mixtures of powders was therefore conducted. Al - Si alloys with a very fine microstructure were thus obtained for several composition ranges corresponding to practical applications (lightweight structures, high wear resistance alloys, electronic packaging material, ...). The properties of the materials obtained in this way, according to the performed characterizations, compares favorably with those obtained via the conventional production technologies

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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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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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Gomez, Ortega Arturo. "Prototypage rapide de pièces en alliage d’aluminium : étude du dépôt de matière et d’énergie lors de la fusion à l’arc d’un fil par le procédé MIG-CMT". Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS067/document.

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Un nouveau procédé de fabrication additive de pièces métalliques, basé sur le procédé de soudage à l’arc appelé CMT (Cold Metal Transfert), est étudié dans l’objectif de réaliser des pièces en alliage d’aluminium Al-5Si. Un banc de fabrication additive basé sur le principe des imprimantes 3D open source, sur lequel a été intégré le procédé CMT, a été spécialement développé. Le procédé CMT permet de contrôler la fusion d’un fil d’aluminium et son dépôt sous la forme de gouttelettes sur la surface de construction, formant après solidification des « cordons » qui peuvent être superposés pour fabriquer des pièces. L’influence des paramètres du procédé sur les phénomènes de transfert de matière et de chaleur lors de la fusion du métal et de son dépôt sur la surface de construction, ainsi que sur les caractéristiques géométriques des cordons déposés, dans le cas de dépôts mono-cordon, puis dans le cas de murs formés par la superposition d’un grand nombre de cordons, est étudiée. Plusieurs défauts géométriques ont été observés, et les conditions de leur apparition analysées, grâce notamment à l’utilisation d’une caméra rapide. La compréhension des relations entre paramètres procédé, mécanismes de transfert de chaleur et de matière, et géométrie des cordons, a permis de corriger ces défauts en identifiant puis modifiant les paramètres procédé responsables de leur apparition. Enfin, une méthode de contrôle en ligne du procédé, basée sur l’analyse des signaux de tension et d’intensité produits par le générateur de soudage au cours du phénomène de dépôt, qui permet de détecter précocement l’apparition de défauts, et ainsi de modifier les paramètres procédé avant qu’ils ne s’amplifient, a été proposée
A new additive manufacturing process for metallic parts, based on the arc welding process known as CMT (Cold Metal Transfer), is studied with the objective of building parts with the aluminium alloy Al5Si. A workbench for additive manufacturing based on the 3D printers open-source principle, on which the CMT generator was integrated, was specially developed. The CMT process allows to control the aluminium wire melting and its deposition under the form of droplets on the building surface, forming, after solidification, beads that can be superposed for the parts construction. The process parameters influence on the material transfer and heat transfer during the metal melting and deposition on the build surface, as well as on the geometric characteristics of the deposed beads, in the case of mono-layer deposits, and in the case of multi-layer walls, is studied. Many geometric defects were observed, and their apparition conditions analysed, thanks in particular to the use of a high-speed camera. The understanding of the relations between the process parameters, the melting and heat transfer mechanisms, and the beads geometry, allowed the defects correction by identifying and modifying the process parameters responsible of their apparition. Finally, an on-line control method for the process, based on the analysis of the voltage and current signals produced by the welding generator during the deposition phenomena, making possible the early detection of defects, and then the modification of the process parameters before they are amplified, has been proposed

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Wang, Zeya. "Robotisation de la fabrication additive par procédé arc-fil : Identification et amélioration de la commande". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0068.

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La fabrication additive de pièces métalliques a fait l'objet d'un vif intérêt ces dernières années comme une solution technologique importante pour la réalisation de pièces complexes. Parmi les différents procédés de la fabrication additive métallique, la fabrication additive arc-fil (FAAF) utilisant le soudage CMT (Cold metal transfer) est retenue pour notre étude grâce à son taux de dépôt important, faible coût des équipements et peu de perte de matière par projections lors de la fabrication. Dans la littérature, il est constaté que l'un des problèmes les plus importants qui empêchent l'application industrielle du procédé FAAF est la mauvaise précision géométrique des pièces fabriquées à cause de l'instabilité du procédé et du manque de contrôle-commande fiable pour traiter les irrégularités pendant le dépôt. L'objectif de ce travail est d'améliorer la stabilité et la performance géométrique du procédé. Dans ce travail, un système expérimental est mis en œuvre pour robotiser le procédé et contrôler la géométrie des pièces déposées. Le procédé est modélisé par les réseaux de neurones artificiels et un système contrôle-commande est développé permettant de commander la géométrie du dépôt et de réduire les erreurs de fabrication. De plus, une stratégie d'amélioration est appliquée afin de réduire les instabilités géométriques aux deux extrémités du cordon ; une méthode de contrôle in situ est également développée pour détecter les défauts internes des pièces déposées
Additive manufacturing of metallic parts has gained significant popularity in recent years as an important technological solution for the production of complex parts. Among the different processes of metal additive manufacturing, the wire-arc additive manufacturing (WAAM) using CMT (Cold metal transfer) welding is taken for our study because of its high deposition rate, low cost of equipment and little loss of material (low spatter) during manufacturing. In the literature review, it can be noted that one of the most important problems that prevent the industrial application of the WAAM is the poor geometric accuracy of the manufactured parts due to the instability of the process and the lack of reliable control system to deal with irregularities during deposition. The focus of this work is to improve the stability and geometric performance of the process. In this work, an experimental system is implemented to robotize the process and to monitor the geometry of the deposited parts. The process is modeled by artificial neural networks and a control system is developed to regulate the geometry of the deposit and to reduce manufacturing errors. Furthermore, an improvement strategy is applied in order to reduce the geometric instabilities at the ends of the bead; an in-situ monitoring method is also developed to detect the internal defects of deposited parts

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Blanc, Toinou. "Fabrication additive par dépôt laser direct de TA6V : étude expérimentale dans des régimes de forte productivité, modèles de comportement et recyclage de la poudre". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM047.

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La fabrication additive, ou impression 3D, regroupe plusieurs procédés permettant d’obtenir des pièces par empilement de couches de matière à partir de modèles CAO, sans outillage spécifique. En l’espace d’une dizaine d’années, les procédés additifs ont vu leur notoriété croître bien plus rapidement que la rentabilité de leurs applications industrielles.En effet, ces technologies doivent encore gagner en maturité, en particulier pour les applications métalliques. C’est l’enjeu du projet FUI-9 FALAFEL dans lequel s’inscrit cette thèse, menée en partenariat avec plusieurs acteurs industriels et académiques. Elle a pour but d’accompagner le développement du procédé de dépôt laser direct (DLD), aussi appelé dépôt de métal assisté par laser (LMD).Celui-ci consiste à projeter et à fondre de la poudre métallique sur un substrat suivant un motif défini, couche après couche. Il permet d’obtenir des pièces de grandes dimensions peu complexes avec un état de surface moyen et une productivité correcte, mais encore insuffisante pour son industrialisation.La spécificité de ce travail est d’étudier le procédé DLD avec l’alliage de titane TA6V, dans des régimes opératoires permettant d’atteindre des débits volumiques de construction élevés (> 100 cm3/h).Les recherches sont orientées suivant deux axes. En premier lieu, on s’attache à améliorer la compréhension et la maîtrise du procédé, en établissant les relations entre paramètres opératoires, critères géométriques, stabilité du bain de fusion, rendement massique et microstructure générée.Dans un deuxième temps, on s’intéresse à la possibilité de réutiliser les poudres projetées non fondues. On étudie jusqu’à 3 niveaux de recyclage de la poudre, sans dilution avec de la poudre neuve, puis on vérifie que les propriétés mécaniques sont en accord avec les exigences aéronautiques
Additive manufacturing, also known as 3D printing, aggregates several processes that allows to build parts by stacking layers of a given material, directly from CAD models, without specific tools. Over the past decade, additive processes have gained in notoriety much more rapidly than their industrial applications gained in profitability.Indeed, these technologies must still mature, especially for metallic applications. This is the challenge of the project FUI-9 FALAFEL, in which this thesis takes place, carried out in partnership with several industrial and academic actors. It aims to accompany the development of the direct laser deposition process (DLD), also known as laser metal deposition (LMD).This consists in projecting and melting metal powder on a substrate in a defined pattern, layer by layer. It allows to obtain large size and low complexity parts with high roughness and a proper productivity, despite being still insufficient for industrialization.The specificity of the present work is to study the DLD process in operating modes that allow to reach high build rates (> 100 cc/h), in application to the titanium alloy TA6V.This work is driven by two research focus. In the first place, we try to improve the understanding and control of the process by establishing the relationships between operating parameters, geometric criteria, melt pool stability, process efficiency and generated microstructure.In a second stage, we focus on the possibility to reuse powders that remain unmelted after deposition. Up to 3 levels of powder recycling are studied, without dilution with new powder. We then carried out tests to check that the mechanical properties were in accordance with the aeronautical requirements

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Chen, Shuai. "Investigation of FEM numerical simulation for the process of metal additive manufacturing in macro scale". Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI048/document.

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La fabrication additive (FA) est devenue une nouvelle alternative pour la fabrication des pièces dans l'industrie. Cependant, il existe encore des limites pour ce procédé, en particulier la forme finale défavorable et les propriétés macroscopiques indésirables des pièces métalliques construites dans les systèmes de FA. La distorsion ou la fissure due à la contrainte résiduelle de ces pièces pose généralement de graves problèmes pour certains types de technologie de la FA métallique. Dans un système de FA, la qualité finale d'une pièce métallique dépend de nombreux paramètres de procédé, qui sont normalement optimisés par une série d'expériences sur des machines de FA. La simulation macroscopique dédiée au procédé de FA est une alternative potentielle pour les pièces métalliques fabriquées par la fabrication additive. Dans cette thèse, nous étudions d'abord le pré-processing de la simulation de FA par la méthode des éléments finis (FEM). Le procédé de fabrication additive est un phénomène multi-physique des champs couplés (champs thermique, mécanique et métallurgique). La simulation macroscopique est réalisée à deux niveaux différents. Au niveau de la couche, la reconstruction du modèle 3D est effectuée à partir du fichier de chemin de balayage de la machine de FA, basée sur la manipulation inverse de l'algorithme d'offsetting-clipping. Au niveau de la pièce, le modèle 3D de CAO est reconstruit dans un maillage des voxels, ce qui est pratique pour une pièce avec une géométrie complexe. Avec les températures de préchauffage différentes et les paramètres du procédé différents, la contrainte résiduelle d'une pièce est analysée. Ces simulations impliquent la technique potentielle pour réduire la contrainte résiduelle par l'optimisation des paramètres du procédé, au lieu de moyens traditionnels par augmenter la température de préchauffage. Basées sur la plateforme de simulation de FEM ci-dessus, deux simulations au niveau de ligne sont également étudiées dans cette thèse, visant à la relation entre le procédé de FA et la qualité finale de la pièce. Ces exemples démontrent la possibilité d'utiliser des simulations macroscopiques pour améliorer le contrôle de la qualité pendant le procédé de FA. Dans la première tâche, l'ensemble de données des paramètres de chauffage et la contrainte résiduelle sont générés par la simulation de FA. La corrélation entre eux est étudiée en utilisant des algorithmes de régression, tel que le réseau neuronal artificiel. Dans la deuxième tâche, un contrôleur de PID pour la boucle de rétroaction puissance-température est intégré dans la simulation de procédé de FA et l'auto-réglage de PID est numériquement étudié au lieu d'utiliser la machine de FA. Les deux tâches montrent le rôle important de la simulation de procédé macroscopique de FA, qui peut remplacer ou combiner les nombreuses expériences essai-erreur dans la fabrication additive métallique
Additive manufacturing (AM) has become a new option for the fabrication of metallic parts in industry. However, there are still some limitations for this application, especially the unfavourable final shape and undesired macroscopic properties of metallic parts built in AM systems. The distortion or crack due to the residual stress of these parts leads usually to severe problems for some kinds of metal AM technology. In an AM system, the final quality of a metallic part depends on many process parameters, which are normally optimized by a series of experiments on AM machines. In order to reduce the considerable time consumption and financial expense of AM experiments, the numerical simulation dedicated to AM process is a prospective alternative for metallic part fabricated by additive manufacturing. Because of the multi-scale character in AM process and the complex geometrical structures of parts, most of the academic researches in AM simulation concentrated on the microscopic melting pool. Consequently, the macroscopic simulation for the AM process of a metallic part becomes a current focus in this domain. In this thesis, we first study the pre-processing of AM simulation on Finite Element Method (FEM). The process of additive manufacturing is a multi-physics problem of coupled fields (thermal, mechanical, and metallurgical fields). The macroscopic simulation is conducted in two different levels with some special pre-processing work. For the layer level, the reconstruction of 3D model is conducted from the scan path file of AM machine, based on the inverse manipulation of offsetting-clipping algorithm. For the part level, the 3D model from CAD is reconstructed into a voxel-based mesh, which is convenient for a part with complex geometry. The residual stress of a part is analysed under different preheat temperatures and different process parameters. These simulations imply the potential technique of reducing residual stress by the optimisation of process parameters, instead of the traditional way by increasing preheat temperature. Based on the FEM simulation platform above, two simulations at line level are also studied in this thesis, aiming at the relation between the AM process and part's final quality. These examples demonstrate the feasibility of using macroscopic simulations to improve the quality control during the AM process. In the first task, dataset of heating parameters and residual stress are generated by AM simulation. The correlation between them is studied by using some regression algorithm, such as artificial neural network. In the second task, a PID controller for power-temperature feedback loop is integrated into AM process simulation and the PID auto-tuning is numerically investigated instead of using AM machine. Both of the two tasks show the important role of AM macroscopic process simulation, which may replace or combine with the numerous trial and error of experiments in metal additive manufacturing

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Boissier, Mathilde. "Coupling structural optimization and trajectory optimization methods in additive manufacturing". Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX084.

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Cette thèse porte sur l’optimisation des trajectoires de lasage pour la fabrication additive sur lit de poudre, ainsi que leur lien avec la géométrie de la pièce à construire. L’état de l’art est principalement constitué par des trajectoires basées sur des motifs, dont l’impact sur les propriétés mécaniques des objets finaux est quantifié. Cependant, peu d’analyses permettent de relier leur pertinence à la forme de la pièce elle-même. Nous proposons dans ce travail une approche systématique visant à optimiser la trajectoire sans restriction a priori. Le problème d’optimisation consiste à fusionner la structure en évitant de surchauffer (ce qui induirait des contraintes résiduelles) tout en minimisant le temps de fabrication. L’équation d’état est donc l’équation de la chaleur, dont le terme source dépend de la trajectoire. Deux modèles 2-d sont proposés pour contrôler la température : l’un transitoire et le second stationnaire (pas de dépendance en temps). Basés sur des techniques d’optimisation de forme pour le stationnaire et sur des outils de contrôle pour le transitoire, des algorithmes d’optimisation sont développés. Les applications numériques qui en découlent permettent une analyse critique des différents choix effectués. Afin de laisser plus de liberté dans la conception, l’algorithme stationnaire est adapté à la modification du nombre de composantes connexes de la trajectoire lors de l’optimisation. Deux méthodes sont comparées. Dans la première, la puissance de la source est ajoutée aux variables d’optimisation et un algorithme impliquant une relaxation-pénalisation et un contrôle de la variation totale est proposé. Dans la seconde, la notion de dérivation topologique est adaptée à la source. Enfin, dans le cadre stationnaire, nous détaillons le couplage de l’optimisation de la forme de la pièce, pour améliorer ses performances mécaniques, et de la trajectoire de lasage. Ce problème multiphysique ouvre des perspectives d'applications et de généralisations futures
This work investigates path planning optimization for powder bed fusion additive manufacturing processes, and relates them to the design of the built part. The state of the art mainly studies trajectories based on existing patterns and, besides their mechanical evaluation, their relevance has not been related to the object’s shape. We propose in this work a systematic approach to optimize the path without any a priori restriction. The typical optimization problem is to melt the desired structure, without over-heating (to avoid thermally induced residual stresses) and possibly with a minimal path length. The state equation is the heat equation with a source term depending on the scanning path. Two physical 2-d models are proposed, involving temperature constraint: a transient and a steady state one (in which time dependence is removed). Based on shape optimization for the steady state model and control for the transient model, path optimization algorithms are developed. Numerical results are then performed allowing a critical assessment of the choices we made. To increase the path design freedom, we modify the steady state algorithm to introduce path splits. Two methods are compared. In the first one, the source power is added to the optimization variables and an algorithm mixing relaxation-penalization techniques and the control of the total variation is set. In a second method, notion of topological derivative are applied to the path to cleverly remove and add pieces. eventually, in the steady state, we conduct a concurrent optimization of the part’s shape and of the scanning path. This multiphysics optimization problem raises perspectives gathering direct applications and future generalizations

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David, François. "Etude de composants micro-coaxiaux à fort facteur de qualité pour applications en bande Q/V". Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0095/document.

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Les travaux présentés dans cette thèse concernent l’étude et la fabrication de composants passifs hyperfréquence possédant un facteur de qualité important sur les bandes Q et V. Pour cela, nous nous sommes orientés vers la fabrication de composants volumiques à air. Des lignes coaxiales à section rectangulaire à air ainsi que des filtres à cavité métalliques à air ont été réalisés. Aussi, ces travaux consistent à définir une méthode de fabrication permettant d’obtenir les composants cités précédemment. Plusieurs techniques de micro-fabrication additives ont ainsi été établies afin de répondre à la problématique
This work concerns the study and the fabrication of passive RF components with a high quality factor on Q/V bands. The components were fabricated with an air-filled 3D architecture. Air-filled rectangular micro-coaxial lines and air filled cavity filters were demonstrated. Also, micro-additive fabrication processes were demonstrated for the realization of the 3D air-filled components

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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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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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Rozprawy doktorskie na temat „Fabrication additive métallique DED”

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