Alexandre MARGUERET – Stratégies d'élaboration de matériaux métalliques à contrôle local par fabrication additive

Jury

Dr. Marc THOMAS, ONERA DMAS - Rapporteur
Prof. Eric HUG, Université de Caen Normandie - Rapporteur
Prof. Muriel VERON, Université Grenoble Alpes - Examinatrice
Dr. Partice PEYRE, ENSAM Paris - Examinateur
Dr. Pierre LHUISSIER, Université Grenoble Alpes - Directeur de thèse
Dr. Guihlem MARTIN, Université Grenoble Alpes - Co-encadrant de thèse

Abstract

Les procédés de fabrication additive par fusion locale sur lit de poudre sont connus pour leur capacité à produire des pièces possédant des géométries complexes et ont acquis une certaine maturité ces dernières années. De nombreux efforts ont été réalisés pour maitriser les défauts de fabrication et leur impact sur les propriétés mécaniques, l’optimisation des stratégies d’élaboration, et le choix des géométries. Ces dernières années, de nouvelles machines de fabrication additive de fusion sur lit de poudre plus ouvertes ont été développées, offrant l’opportunité de contrôler l’ensemble des paramètres du faisceau au cours de l’élaboration. Cette liberté de contrôle local des paramètres peut être exploitée afin de contrôler localement la porosité et/ou la microstructure au sein de pièces élaborées par ces procédés.

L’objectif de cette thèse consiste à étudier des stratégies permettant de contrôler localement la porosité et la microstructure au cours de la fabrication. Pour cela, une machine de fusion locale sur lit de poudre par faisceau d’électrons, dite « open-source », c’est à dire permettant de contrôler librement l’ensemble des paramètres du faisceau d’électrons a été utilisée (il s’agit de l’unique machine de ce type sur le territoire français). Les matériaux sélectionnés pour ce travail afin d’étudier ces contrôles locaux sont des matériaux modèles, respectivement l’alliage Ti-6Al-4V (l’un des matériaux emblématiques de la fabrication additive) et le cuivre pur (un métal pur qui présente son lot de challenges lorsqu’il est mis en œuvre par fabrication additive). Le contrôle local de la fraction de porosité dans des échantillons en Ti-6Al-4V s’effectue par des variations de vitesse de balayage pour diminuer localement l’apport d’énergie. Quant au contrôle local de la microstructure du cuivre pur, il s’appuie sur des stratégies de fabrication permettant de tirer profit d’une recristallisation in-situ.

Qu’il s’agisse du contrôle de la porosité dans le Ti-6Al-4V ou du contrôle de la microstructure dans le cuivre pur, une démarche similaire a été mise en place. Dans un premier temps, l’impact de la modification des paramètres d’élaboration sur la fraction de porosité ou de grains équiaxes est présenté. Puis, la capacité à générer des zones uniformes (régimes permanents), des zones de transition (régimes transitoires), ainsi que des variations progressives en termes de fraction de porosité ou de grains équiaxes est illustrée. Des gradients de porosité ou des variations de la proportion de grains recristallisés ont été réalisés le long de la direction de fabrication ainsi que dans le plan de construction.