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Conception d'une chambre de construction réduite pour une machine de fabrication additive métallique de type Electron Beam Melting

Mémoire (de fin d'études) 2017 145 Pages

Ingénierie - Génie Industriel

Extrait

Sommaire

Liste des Symboles

Glossaire

Sommaire

1 Avant-Propos
1.1 Fabrication additive
1.2 Safran Aero Boosters
1.3 Pertinence de la fabrication additive en aeronautique

2 La Fabrication Additive
2.1 Description globale
2.2 Classification des technologies metalliques
2.3 Powder Bed Fusion

3 Electron Beam Melting
3.1 EBM hardware
3.2 Procede EBM
3.3 Materiaux de fabrication
3.4 Post-traitements
3.5 Defauts de fabrication

4 Rappel de Resistance des Materiaux
4.1 Contexte
4.2 Caracteristiques des moyens d’assemblage
4.3 Dimensionnement des assemblages

5 Conception de l’Outillage
5.1 Contexte
5.2 Incertitudes de l’environnement
5.3 Choix de la matiere des moyens d’assemblage
5.4 Concept de l’outillage

6 Dimensionnement de l’Outillage
6.1 Identification des points critiques
6.2 Calculs des données pour assemblages vissés
6.3 Verification des pieces critiques
6.4 Mise en Plan

7 Introduction au Modèle Thermique
7.1 Historique du modele thermique
7.2 Equilibre de temperature
7.3 Courant 1D-Calc
7.4 Dependance de la longueur des lignes de fusion
7.5 Fonction de vitesse
7.6 Fonction d’epaisseur
7.7 Fonction demi-tour
7.8 Conclusion

8 Influence sur le Procède
8.1 Modification du comportement thermique
8.2 Temps de fabrication
8.3 Quantite de poudre

9 Conclusion
9.1 Résultats atteints
9.2 Perspectives
9.3 Expéeriences personnelles

A Annexes
A.1 Gamme des machines Arcam
A.2 Complement de table de donnees
A.3 Comparaison des alliages de titane, d’aluminium et de fer-carbon
A.4 Parametres et résultats de simulation par elements finis
A.5 Modelisation mathematique du modele thermique
A.6 Mise en plan de l’eprouvette utilisee lors de l’estimation du gain de poudre. .
A.7 Cas d’Etude d’un Profil Plein Carre
A.8 Note de support a la lecture de dessins techniques
A.9 Plan de l’outillage

Liste des Abreviations et Acronymes

Liste des Figures

Liste des Tableaux

References Bibliographiques

RESUME RELATIF
au TRAVAIL DE FIN D’ETUDES de

ERIC DAWIR inscrit en 2eme Master Electromécanique

Titre du TFE : Conception d’une chambre de construction réduite pour une machine de fabrication additive métallique de type Electron Beam Melting Les recherches présentées au travers de ce travail de fin d’études ont été menées au sein du département Recherches & Technologies de la société Safran Aero Boosters qui évolue dans les domaines de l’aéronautique, de l’aérospatial et de la défense.

Depuis une dizaine d’années, les techniques de fabrication additives sont en train de changer notre maniéré de concevoir et de dimensionner, mais également, plus profondément, notre façon de penser. Safran Aero Boosters a investi dans la technologie Electron Beam Melting par l’acquisition d’une machine de fabrication additive, l’Arcam Q20+. Ce procédé permet de faire fondre de la poudre de titane a l’aide d’un faisceau d’électrons, afin de créer une piéce couche par couche.

Bien que possédant un réel potentiel, notamment en matiére de gain de masse, cette techno­logie trés récente demande encore a monter en maturité, ce qui se fait par l’impression d’un grand nombre de piéces « éprouvettes ». Cependant, l’importante capacité de la machine rend ces tests trés longs et trés onéreux. Ce projet a pour objectif de créer une chambre de construction réduite afin de fournir a Safran Aero Boosters le moyen matériel de réaliser des campagnes d’impression de piéces tests, a moindres couts et en un temps réduit.

Tout au long de ce travail, les étapes suivantes ont été réalisées : la conception d’une chambre de construction réduite ; l’étude du modéle thermique développé par Arcam pour contrôler les paramétres de fusion ; le dimensionnement des éléments de la nouvelle chambre ; la mise en plan et le suivi de la fabrication auprés d’un atelier de mécanique de précision.

Laisser libre cours a notre imagination et la libérer des contraintes pratiques engendrées par les limitations des technologies conventionnelles, voici ce que nous offre la fusion par faisceau d’électrons. Comme l’a dit Barack Obama dans son Discours sur l’état de l’Union en 2013 : « L’impression 3D possède le potentiel de révolutionner la manière dont nous fabriquons presque tout ».

Remerciements

Les recherches présentées au travers de ce travail de fin d’études ont été menées au sein du département Recherches & Technologies de la société Safran Aero Boosters entre septembre 2016 et juin 2017. Je souhaite exprimer mes sincéres remerciements à toutes les personnes qui m’ont aidé a atteindre ce résultat.

En premier lieu, je tiens a vous remercier, Stéphane Backaert, mon promoteur, ainsi qu’Eric Englebert pour vos guidances et vos encouragements durant toute cette période passée chez Safran. Merci également a Tom Henkes, pour avoir assuré mon suivi durant ma période de stage. Vos méthodologies et vos esprits critiques m’ont fait évoluer en tant qu’ingénieur et je suis reconnaissant d’avoir eu l’opportunité d’explorer le domaine de la fabrication additive avec vous. L’école m’aura appris à marcher, vous m’aurez appris a voler. Merci également a Serge Francus et Tanguy Vierset ; vos expertises en conception et mise en plan m’ont apporté de nouvelles connaissances dans ces domaines.

Je tiens ensuite a adresser mes sincéres remerciements a mon tuteur Pierre Mathieu, qui a accepté de suivre et d’évaluer ce travail. Votre intérét pour ce sujet a constitué une réelle source de motivation. Je vous remercie pour vos conseils et vos réflexions lors de la rédaction, et également pour m’avoir donné l’opportunité de présenter une conférence sur la fabrication additive ; cela m’a permis d’étendre mon horizon et mon expérience.

Au sein d’Arcam, je tiens a remercier Christoffer Sjogren et Mattias Holmberg d’avoir apporté des réponses a mes diverses questions et réflexions. Merci également a Ahmed Zarhouni de la société Polmans S.A. d’avoir supervisé la fabrication de la chambre réduite. Vos conseils et recommandations en matiére de conception ont été d’une aide précieuse.

Plus intimement, maman, papa, vous étes les meilleurs ! Merci de votre confiance, de votre soutien et votre amour au fil des années. Merci a mes grand-parents, ma marraine et mon tonton, ainsi qu’à mon cousin pour m’avoir recueilli les jours où je terminais de travailler tard chez Safran.

Merci a mon grand frére, Stéphane; tu es toujours la quand j’ai besoin de toi, et particulié­rement pour la verification des calculs de resistance. Merci entre autres, pour la correction du 1/cos45° dans la formule, c’est utile d’avoir un ingénieur en génie civil dans la famille! De plus, nos discussions téléphoniques en fin de journée me font toujours bien rire et me changent les idées.

A tous mes relecteurs, merci du temps et de l’énergie que vous m’avez consacrés et qui ont contribué a ce résultat. Pour les verifications d’orthographe et de syntaxe, je remercie mes parents, Isaline Simon et Anaelle Vereecke ; les lecteurs de ce travail vous en seront probable­ment reconnaissants aussi. Pour les commentaires sur le contenu ainsi que les verifications des calculs, merci aux ingenieurs Stephane Dawir, André De Herde et Simon Van Wonterghem. Je suis touche par tous vos investissements en temps !

Finalement, Isaline, Merci! Merci d’abord de me supporter tous les jours, de m’encourager a me depasser et a donner le meilleur de moi-meme. Merci aussi de me traîner hors de ma bulle et de me montrer le monde exterieur lorsque j’en ai le plus besoin. Sans toi je n’aurais pas pu faire ce memoire. Et rassure-toi, les nuits blanches de rédaction c’est fini !

Liste des Symboles

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Glossaire

- A -

- Advanced Powders & Coatings (AP&C) : société Canadienne connue pour produire de la poudre de TA6V par atomisation plasma.
- American Society for Testing Material (ASTM) : organisme de normalisation qui rédige et produit des normes techniques concernant les matériaux, les produits, les systèmes et les services.
- Arcam AB : societé Suedoise qui developpe et commercialise la machine Q20+. Récem­ment rebaptisee Arcam EBM A GE Additive Company, a la suite de son rachat par General Electric.
- Austenitique : les austénitiques constituent le principal groupe d’aciers inoxydables ; leur composition courante comporte 18% de chrome et 8% de nickel.

-C-

- Comite ASTM F42 : comité statuant sur les technologies de fabrication additives, forme en 2009.
- Compound Annual Growth Rate (CAGR) : taux de croissance annuel compose ; il s’agit d’un ratio à progression geometrique qui donne un taux de croissance constant sur une periode etudiee.
- Compression Isostatique a Chaud (CIC) : traitement thermique destine à ameliorer les proprietes d’un matériau.
- Conception Assistee par Ordinateur (CAO) : ensemble d’outils, logiciels et tech­niques de modelisation geometrique, permettant de concevoir la geometrie d’un produit manufacture, de réaliser des assemblages, d’effectuer des simulations numeriques, etc.

- D -

- DIN 912 : designation d’une vis à tète cylindrique a 6 pans creux, selon l’Institut allemand de normalisation (Deutsches Institut fur Normung).
- Direct Metal Deposition (DMD) : procede de fabrication additive par depot direct de metal.

- E -

- Electron Beam Melting (EBM) : procede de fabrication additive par fusion d’un lit de poudre grâce a un faisceau d’electrons.
- Electron Beam Welding (EBW) : procede de soudage par faisceau d’electrons.

- Emboutissage : technique de fabrication permettant d’obtenir, à partir d’une feuille de tôle plane et mince, un objet de forme determine, sans recourir a la fusion. o Eurocode 3 (EC3) : les Eurocodes sont des normes europeennes de conception et de calcul des ouvrages, le ”3” s’applique au calcul des batiments et des ouvrages de genie civil en acier.

- F -

- Fabrication additive (FA) : procede de fabrication par ajout successif de matiere. o Fluage : phenomene physique qui provoque la deformation irreversible non-instantanee d’un materiau soumis à une contrainte constante, inferieure à la limite d’elasticite du materiau, pendant une duree suffisante.
- Fonction de vitesse (FV) : fonction du modele thermique qui contrôle la vitesse de fusion afin d’assurer une taille optimale du bain de fusion. o Fraisage : procede de fabrication par enlevement de matiere.

- Full Width at Half Maximum (FWHM) : la largeur a mi-hauteur du maximum du pic est une expression de l’amplitude d’une fonction.

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Figure 1 — Graphique de la largeur à mi-hauteur.

- Fused Deposition Modeling (FDM) : procede de fabrication additive par depot de matiere fondue.

- G -

- Galvanometre : appareil de mesure de type amperemetre, donnant l’intensite d’un cou­rant electrique.
- General Electric Company (GE) : conglomerat americain partenaire du groupe Safran.

- I -

- International Organization for Standardization (ISO) : organisme de normalisation international.

- L -

- Leading Edge Aviation Propulsion (Leap) : nouvelle generation de turboréacteur. Limite elastique : effort maximal autorise pour un materiau pour qu’il reprenne sa longueur initiale apres sollicitation.

- LogFile : fichier contenant les données enregistrées par les capteurs de la Q20+ durant une fabrication.

- Loi de Hall-Petch : elle etablit une relation, pour un materiau polycristallin, entre la taille des grains et la contrainte a partir de laquelle le materiau subit une deformation plastique.

- M -

- Metal Injection Molding (MIM) : procede de fabrication issu du moulage par injection et adapte aux poudres de metal.

-P­o Plasma Rotating Electrode Process (PREP) : procede de fabrication de poudre par la technologie de l’electrode tournante au plasma. o Polmans S.A. : atelier de mecanique de precision en charge de la fabrication de la chambre réduite.

- Powder Bed Fusion (PBF) : categorie de procedes de fabrication additive pour lesquels un lit de poudre est fusionne par une source d’energie. o Powder Recovery System (PRS) : machine de sablage utilisee pour separer la piece imprimee de son enrobage de poudre frittée.

- Q -

- Q20+ : dernier modele de machine de fabrication additive par EBM de chez Arcam AB.

-R­o Recherches & Technologies (R&T) : departement de la société Safran Aero Boosters où ont ete réalisees les recherches de ce travail. o Recuit : en metallurgie et en science des matériaux, c’est un traitement thermique qui al­tère les proprietes physiques et parfois chimiques d’un materiau pour augmenter sa ductilité et réduire sa dureté, ce qui le rend plus maieable. Le recuit consiste à chauffer un materiau au dessus de sa temperature de recristallisation, a maintenir une certaine temperature, puis a le refroidir.

- Resistance à la rupture : effort maximal autorise pour un materiau avant rupture (la piece s’allonge avant rupture, en evoluant dans le domaine plastique). o Resistance des materiaux (RM) : discipline particuliere de la mecanique des milieux continus permettant le calcul des contraintes et deformations des materiaux au sein de structures.

- Rugosite (Ra) : moyenne arithmetique des valeurs absolues des ecarts, entre les pics et les creux d’un profil; cette notion synthetise les differents parametres intervenant dans la rugosite.

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Figure 2 — Représentation de la rugosité Ra.

- Rupture fragile : définit une rupture dont l’amorçage se produit sur un défaut qui peut être préexistant a la mise en service ou provenir d’une fissure de fatigue.

- S -

- Safran Aero Boosters (SAB) : anciennement Techspace Aero, societe initiatrice du projet.
- Selective Laser Melting (SLM) : procede de fabrication additive par fusion seiective d’un lit de poudre gréce a un ou plusieurs lasers.
- Selective Laser Sintering (SLS) : procede de fabrication additive par frittage selectif d’un lit de poudre gréce a un ou plusieurs lasers.

- T -

- Techspace Aero (TA) : ancien nom de Safran Aero Boosters.
- Tenacite : capacite d’un materiau à etre à la fois deformable et résistant, c’est a dire a résister a la propagation d’une fissure; cela s’oppose a la fragilite.
- Tolerance : en dessin technique, elles ont pour but de definir les dimensions et les positions relatives des surfaces d’une piece, ainsi que les variations possibles pour ces grandeurs tout en garantissant le bon fonctionnement de la piece dans son mecanisme.
- Tungsten Inert Gas (TIG) : procede de soudage a l’arc.

CHAPITRE 1 Avant-Propos

Ce travail de fin d’études a pour objectif de fournir une adaptation d’une machine de fabri­cation additive metallique, l’Arcam Q20+ ; permettant l’impression d’un grand nombre de pieces tests, et ce a moindre coût, afin d’etudier les correlations possibles entre les parametres machine utilises et la qualite des pieces obtenues. Ceci implique la conception, la fabrication et la validation d’une chambre de construction réduite pour la machine Q20+, afin de diminuer la quantité de matiere premiere et de limiter le temps necessaire a une production. L’intro­duction de cet outillage doit neanmoins etre compatible avec les comportements thermiques imagines par le constructeur.

Les elements principaux de chaque chapitre de ce travail peuvent etre resumes comme suit :

- Chapitre 1 : Introduction à la fabrication additive et de sa pertinence pour le domain aeronautique ;

- Chapitre 2 : Classification et description des procedes de fabrication additive, details sur les technologies metalliques ;
- Chapitre 3 : Focalisation sur la fusion par faisceau d’electrons, description de la machine Arcam Q20+, du procede de fabrication, de l’alliage de titane, des post­traitements réalisables et des defauts de fabrication ;
- Chapitre 4 : Rappel des notions theoriques de resistance des matériaux pour l’as­semblage et le dimensionnement des structures en acier ;
- Chapitre 5 : Presentation du concept de la chambre réduite, description des en­sembles et sous-ensembles ;
- Chapitre 6 : Méthodologie et calculs de dimensionnement, description de la phase de mise en plan ;
- Chapitre 7 : Presentation du modele thermique utilise pour determiner les conditions de fusion au sein de la Q20+ ;
- Chapitre 8 : Description des impacts de la chambre réduite sur le procede EBM, evaluation des avantages et des risques engendres ;
- Chapitre 9 : Conclusion generale.

1.1 Fabrication additive

La fabrication additive (FA), plus couramment connue sous le nom d’impression 3D, s’est vue projetée sur le devant de la scene mondiale depuis quelques annees, avec l’apparition sur le marche des machines a des tarifs inferieurs au millier d’euros. Cela a permis aux passionnes de nouvelles technologies d’y avoir facilement acces et de propager l’engouement pour ces techniques.

La FA est definie par l’organisme de normalisation ASTM1 comme un :

« Procédé de mise en forme d’une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives, en opposition aux procédés par retrait de matière, tel que l’usinage. » [AST15]

Generalement cet ajout est réalise par l’etalement de couches successives de matiere, fusion­nes et solidifiees les unes aux autres. Une très large gamme de techniques et de procedes, connus sous differents noms, ont ete developpes, notons les deux categories principales : le depôt direct d’energie, du terme anglais Directed Energy Deposition — DED, où l’alimen­tation en matiere premiere est assurée par une buse et directement projetée au sein d’une source d’energie pour produire des pieces ; et la fusion en lit de poudre, Powder Bed Fusion — PBF, où la matiere est préalablement etalee en une couche pour ensuite etre fusionnee par une source d’energie afin de produire une piece de bas en haut. C’est dans cette derniere categorie que se trouve la fusion par faisceau d’electrons faisant l’objet de cette etude.

Ces approches de fabrication, passant d’une superposition de couches 2D pour créer une piece 3D, ouvrent les portes d’une liberté geometrique presque totale aux concepteurs, mais elles introduisent egalement de nouvelles contraintes dues aux phenomenes metallurgiques propres a ce type de procede. Cependant, tous les procedes de fabrication additive (FA) metallique présentent indeniablement un avantage certain par rapport au moulage et a l’usinage conven­tionnel, en ce sens que des geometries uniques peuvent etre produites rapidement et de petites quantités de production peuvent des lors etre plus economiques.

La principale force de la fabrication additive est de permettre de produire facilement des pieces d’une grande complexité (design virtuellement illimite). Elle permet egalement d’utili­ser moins de matiere premiere pour la réalisation d’une piece que les techniques de fabrication traditionnelles. La FA est economiquement intéressante lorsqu’un petit nombre de pieces doit etre réalise, ou lorsque la complexité geometrique des pieces est importante (Figure—1.1). Dans ces deux cas là, les techniques conventionnelles requierent generalement plus de moyens afin de parvenir au môeme resultat, sans pour autant toujours y arriver car les limitations, telles que la portee des outils dans le cas du tournage et fraisage, ou les angles vifs pour les procedes d’emboutissage, sont importantes.

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Figure 1.1 — Graphiques des zones de prédilections de la fabrication additive en comparaison aux procedes conventionnels.

La fabrication additive peut être utilisée a différentes étapes de la vie d’un produit ; elle permet de réaliser des prototypes et des outils de fabrication et de produire des pieces fonctionnelles ou de les reparer. Les principaux avantages et inconvenients generiques de la FA sont donnes dans la Table—2.1 ci-dessous :

Avantages generiques

- Fabrication d’objets avec une gamme variee de matériaux ;
- Reduction des delais de developpement et de conception ;
- Fabrication d’objets de grande complexité (design virtuellement illimite) ;
- Reduction des frais fixes car la fabrication additive n’a pas recours a des moules ; ^ Reduction des pertes de matiere.

Inconvenients generiques

- La fabrication de pieces metalliques de grande taille est encore peu developpee[1] ; ^ Le coût d’investissement initial peut etre important (achat de la machine[2] ) ;
- Les competences requises pour utiliser cette technologie ne sont pas negligeables ; ^ La vitesse des machines doit encore etre augmentée ;
- La répetabilité doit encore etre augmentée ;
- Des finitions supplementaires sont parfois necessaires (post-traitements).

Table 1.1 — Principaux avantages et inconvenients generiques de la fabrication additive. [MAM14]

Les principales technologies qui peuvent etre utilisees pour la fabrication additive sont decrites au Chapitre—2.

1.2 Safran Aero Boosters

Safran est un groupe international de haute technologie ; c’est un équipementier de premier rang dans les domaines de l’aeronautique, de l’aerospatial, de la defense et de la securite. Le groupe emploie plus de 70.000 personnes reparties sur tous les continents, pour un chiffre d’affaires de 17,4 milliards d’euros en 2015.

En chiffre, le groupe Safran c’est :

- 910 brevets deposes en 2015
- N°1 mondial des moteurs d’avions civils court et moyen courriers en partenariat avec GE
- N°2 mondial des moteurs spatiaux a propulsion cryotechnique et a propulsion solide ^ N°1 europeen des drones tactiques ^ Près de 12% du chiffre d’affaires consacre a la R&D Anciennement Techspace Aero, Safran Aero Boosters, filiale du groupe Safran, emploie près de 1500 personnes. L’entreprise joue un role important dans les evolutions de la propulsion aerospatiale et occupe une position de leader dans ses produits. SAB concoit, developpe et produit des modules, des equipements et des bancs d’essai pour les moteurs aeronautiques et spatiaux. La societe equipe la plupart des avions civils en service ainsi que le lanceur Ariane 5.

Ses pôles d’excellence sont :

- Les compresseurs basse pression - conception, developpement, production et assem­blage de compresseurs basse pression et enceintes de palier avant de turboreacteurs ; ^ Les equipements de lubrification - conception, fabrication, maintenance et support en service d’equipements de lubrification et de refroidissement destines à la motorisation aeronautique ;
- Les equipements spatiaux - leader europeen dans le domaine des vannes de régula­tion pour moteurs et etages de lanceurs spatiaux (vannes d’arrêt, clapets anti-retour, detendeurs,...) ;
- Les bancs d’essai et equipements d’essai de moteurs aeronautiques.

Très implique dans le domaine de la recherche et developpement, SAB possede un departement Additive Manufacturing qui a pour objectif d’etudier les perspectives de ces technologies dans l’industrie aeronautique.

1.3 Pertinence de la fabrication additive en aeronautique

Selon Markets and Markets [MAM14], le marche de la fabrication additive a destination du secteur aeronautique devrait suivre l’evolution suivante :

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Figure 1.2 — Diagramme des prédictions du marché de la fabrication additive en industrie aeronautique, 2012-2018 (million $), adapte de [MAM14].

La possibilité de produire des pièces légères, au design complexe et en série limitée a coûts réduits, a su eveiller l’interet du secteur aeronautique pour la fabrication additive. Differents leaders du marché ont, en effet, déjà commencé a investir dans cette technologie.

Dans ce secteur, la FA a, au départ, principalement été utilisée pour la conception de piéces critiques ou la production de piéces a haute valeur ajoutée. L’impression 3D est également utilisée pour la fabrication de piéces de remplacement et la réparation de composants endom­magés. Ces entreprises commenceraient aujourd’hui a utiliser les technologies de FA pour la production de piéces fonctionnelles. Certains avions équipés de piéces fabriquées par impres­sion 3D volent déja, mais ils seraient toujours en phase de certification.

Certaines piéces des avions Airbus sont notamment produites par fabrication additive, no­tamment pour la prochaine génération d’A350XWB et les jets en service A300 - A310. Selon l’entreprise, l’intérét principal est l’empreinte écologique des piéces ainsi formées et le gain de poids. Elles sont de 35% a 55% plus légéres et permettent de réduire la matiére utilisée jusqu’a 90% par rapport aux méthodes soustractives traditionnelles. Airbus a déja produit pour l’A350XWB une variété de piéces en métal et en plastique dont les propriétés structu­relles et mécaniques ont été validées ; ces piéces sont actuellement intégrées dans la flotte des avions expérimentaux d’Airbus.

Airbus utilise également cette technologie pour la réalisation de piéces de rechange étant donné qu’elle permet la production de piéces ”hors ligne de production”. C’est en mars 2014 que la premiére piéce produite par fabrication additive aurait volé dans un avion de ligne commerciale Airbus (A310).

Boeing utilise la technologie du frittage laser (expliquée au Chapitre—2) pour produire des structures complexes en aluminium et en titane. Cette technologie permet, selon le groupe, de réduire le rapport «buy-to-fly»[3]. Selon David Joyce, CEO de GE Aviation, l’entreprise a

commencé à acquérir des équipements de technologie additive depuis 2003 avec des techno­logies de fusion par laser. Aujourd’hui, l’entreprise est capable de produire, pour le LEAP, des injecteurs de carburant 25% plus legers que les precedentes versions grace a la fabrication additive. Par ailleurs, la FA permet de réaliser en une seule fois cette piece qui contenait auparavant 18 parties à assembler (Figure—1.3). GE Aviation estime qu’elle devrait produire plus de 100.000 pieces par fabrication additive d’ici 2020.

Selon Markets and Markets, l’Europe est à la pointe dans l’utilisation de la fabrication additive dans le domaine de l’aeronautique. Ceci dit, cette technologie est freinee par le manque de standards concernant le design et l’implementation de ces structures et systèmes dans les avions.

Les quatre diagrammes présentés dans la Figure-1.4 ci-dessus, montrent qu’au niveau des matériaux utilises dans le secteur aeronautique, les polymeres detiennent encore aujourd’hui la plus grande part de marche en valeur, la part de marche du metal n’atteignant que 33% en 2016. Ceci n’est pas très etonnant au vu du developpement plus tardif des technologies de fabrication additive de pieces metalliques par le secteur aeronautique. Cependant, revolution montre que cette tendance s’inverse petit à petit, et une extrapolation lineaire des predictions permet d’estimer que les metaux depasseront les polymeres d’ici 2023 (Figure—1.5).

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Figure 1.5 — Diagramme de l’extrapolation linéaire des predictions du marche de la fabrication additive par matériau, en industrie aeronautique en 2023, adapté de [MAM14].

On notera que cette extrapolation ne tient pas compte des eventuelles fluctuations du marche, ni des avancees technologiques, qui pourraient en modifier les résultats.

CHAPITRE 2 La Fabrication Additive

2.1 Description globale

Le tableau suivant (Table—2.1) donne un aperçu des différentes techniques de fabrication additive, ainsi qu’une classification en fonction des coûts, des vitesses de fabrication et des resolutions obtenues.

Dans la premiere categorie, appelee dépôt fil (Material Extrusion ou Fused Deposition Mo­deling 5), comme son nom l’indique, un fil de polymere (souvent en nylon) alimente une buse chauffée qui peut se deplacer dans les sens OX et OY comme le montre la Figure—2.1 (egale­ment en OZ sur certaines machines). Si la buse ne peut pas se deplacer dans la direction OZ, la plaque de base sur laquelle la matiere est deposee peut se deplacer dans cette direction. Le polymere est chauffe pour diminuer la viscosite et permettre le depot sous forme de lignes continues. Ce mecanisme est utilise par la plupart des imprimantes 3D de bureau, abordables pour des particuliers.

Pour le procede de pulvérisation dé matière (Material Jetting) Figure—2.2, le materiau est de nouveau passe à travers une buse chauffée, mais il emerge cette fois sous forme de gouttelettes liquides. Dans un procede tres similaire a l’impression par jet d’encre 2D conven­tionnelle, les gouttelettes sont deposees d’abord sur une plaque de base, puis superposees les unes sur les autres. Il est assez facile de deposer plusieurs materiaux differents en utilisant notamment plusieurs buses ou plusieurs sources de matiere d’apport pendant la production d’une piece. Les gouttelettes se solidifient assez rapidement pour produire une piece 3D. C’est l’une des categories les moins utilisees, les machines commerciales etant encore en developpe- ment. La stabilite des gouttelettes necessite de contrôler la temperature de fabrication afin de rendre la matiere maleable.

La projection dé liant (Binder Jetting) est une troisieme categorie dans laquelle des gout­telettes sont deposees a travers une buse (Figure—2.3), à la difference que les gouttelettes elles-memes ne sont pas le materiau a partir duquel la piece finale est fabrique. Au contraire, les gouttelettes sont deposees sur une couche de poudre, liant efficacement les particules de poudre ensemble. En appliquant a plusieurs reprises une couche de poudre et en la liant, des[4]

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Table 2.1 — Classification des procédés de fabrication additive [Vrai6].

parties fragiles sont construites en 3D. Ce processus nécessite donc obligatoirement un post­traitement. L’ensemble est chauffe, ce qui brule le liant et fritte en meme temps la poudre.

La partie frittee est alors infiltrée par un metal liquide, souvent du bronze, pour produire une piece entierement dense. Puisque la partie finale est habituellement composee d’un melange de bronze et d’un autre metal, les proprietés mecaniques résultantes sont la moyenne de ces deux metaux. Ces pieces sont souvent utilisees pour des prototypes ou des moules de sable. L’avantage toutefois est qu’il ne s’agit pas d’un procede a haute temperature qui créerait des contraintes thermiques, ce qui permet des lors de fabriquer des pieces metalliques de grande dimension.

Pour la fusion d’un lit de poudre (Powder Bed Fusion), une source de chaleur est dirigee sur un lit de poudre de metal ou de polymere, fondant completement les particules de poudre et les fusionnant ensemble. Cette categorie englobant notamment la technologie de fusion par faisceau d’electrons est explique plus en detail au Chapitre—2.3.

Le depot et la fusion de matériau (Directed Energy Déposition) est une technique similaire a la fusion du lit de poudre, mais soit la poudre est pulverisee coaxialement dans le faisceau d’energie (Figure—2.4), soit un fil est introduit dans le bain de fusion crée par le faisceau. Ce dernier est monte sur un bras de robot permettant un mouvement libre. Le procede crée un bain de fusion plus grand que ceux que l’on a couramment lors de la fusion d’un lit de poudre, de sorte que la précision réalisable est moindre. Le procede de deposition de poudre par laser ou procede LENS (Laser Engineered Net Shaping), egalement appele revetement laser (Laser Consolidation) ou depôt de metal au laser (Laser Metal Deposition), est la technique la plus importante dans cette categorie.

Dans la stereolithographie ( Vat Polymerization) Figure—2.5, un bain liquide de pré-polymere[5] est eclaire par une lumiere UV situee au dessus, ce qui declenche sa polymerisation et donc sa solidification. Les pieces sont fixees à une plaque de base qui descend progressivement dans le bain de liquide. Des approches ascendantes existent egalement, où une fine couche de liquide est eclairée par le bas, et la plaque de base est tirée vers le haut, hors du liquide.

La derniere categorie, appelee laminage par depot seiectif (Sheet Lamination), n’est pas souvent utilisee et sa classification comme une technique de fabrication additive est fort controversee. Lors de ce procede, une feuille est d’abord coupee à la bonne forme et empilee sur le dessus d’autres decoupes. Les couches sont liees entre elles soit par des vibrations ultrasonores, soit par de la colle [Vra16].

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Figure 2.2 — Representation du procede de fabrication par pulverisation de ma­tière.

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Figure 2.1 — Représentation du procédé de fabrication par dépôt fil.

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Figure 2.3 — Representation du procede de fabrication par projection de liant.

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Figure 2.4 — Representation du procede de fabrication par depot et fusion de ma- teriau.

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Figure 2.5 — Representation du procede de fabrication par stereolithographie.

2.2 Classification des technologies métalliques

Comme décrit précédemment, une large gamme de processus peut être utilisée pour la fa­brication additive, pour former des pieces 3D a partir de matieres premieres qui peuvent se trouver sous differentes formes (poudres, feuilles, fil, ... etc). Tous les procedes FA metalliques doivent lier ensemble les matieres premieres en une partie dense ; le metal doit donc neces­sairement etre fondu à un certain moment du processus pour y parvenir. Afin de pouvoir correctement distinguer les differentes classes de machines, le Comite ASTM F42, a publie la norme [AST15] sur la terminologie des processus, dans laquelle, parmi les sept categories standards F42, les quatre suivantes concernent les technologies metalliques :

1) Fusion d’un lit de poudre - Powder Bed Fusion (PBF)

- Fusion laser - Laser Melting (LM)
- Fusion par faisceau d’electrons - Electron Beam Melting (EBM)

2) Depot et fusion de materiau - Directed Energy Deposition (DED)

- Fusion par laser ou par faisceau d’electrons - Laser vs. E-beam ^ Source de matiere poudreuse ou de matiere solide - Wire-fed vs. Powder-fed

3) Projection de liant - Binder Jetting (BJ)

4) Laminage par depot selectif - Sheet Lamination (SL)

Les trois autres categories specifiees dans la norme ne s’appliquent pas actuellement aux technologies metalliques, à savoir : le depôt de fil, la pulverisation de matiere, et la stereoli­thographie.

Chaque procede possede ses caracteristiques propres, avantages et inconvenients. En raison du sujet de ce travail, qui porte sur la fusion par faisceau d’electrons, l’attention a ete portee sur la description de la categorie de fusion d’un lit de poudre, à laquelle l’EBM appartient. Les technologies de fusion laser etant tres proches de cette derniere, les decrire egalement va permettre au lecteur d’avoir une base de comparaison sur laquelle se fonder, ainsi qu’une meilleure compréhension des procedes.

2.3 Powder Bed Fusion

Le terme de fusion en lit de poudre (PBF) comprend tous les procedes dans lesquels une source de chaleur focalisee (un faisceau d’electrons ou un faisceau laser) est utilisee pour fondre de maniere selective les couches successives d’un lit de poudre. Comme le montre la Figure—2.6, la surfusion de la couche courante permet l’adhérence de cette dernière aux couches precedentes afin de créer une piece de densité homogene.

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Figure 2.6 — Zone de surfusion entre deux couches succinctes pour les pro­cédés PBF.

Les deux principales technologies PBF se différencient essentiellement par la source de cha­leur utilisee. L’EBM utilise un faisceau d’electrons, alors que les technologies laser utilisent, comme leur nom l’indique, un ou plusieurs lasers. Bien que les deux systèmes utilisent le meme principe de lit de poudre pour la fusion selective en couches, il existe des différences significatives dans la configuration materielle. Le système EBM utilise le meme principe qu’un microscope electronique a balayage à haute puissance (MEB) qui necessite une cathode, des bobines magnetiques pour concentrer et devier la position du faisceau et une colonne a fais­ceau éelectronique.

Les lasers, quant-a eux, utilisent un système de lentilles et de miroir de balayage ou un galvanometre pour contrôler la position du faisceau. La distribution de poudre est egalement traitée différemment ; les systèmes lasers utilisent un piston et un rouleau dispersant, tandis que les systèmes EBM utilisent des trémies a poudre et un râteau. Les deux processus EBM et laser, necessitent certaines etapes : la configuration de la machine, le fonctionnement, la récuperation de la poudre et son traitement. Le fonctionnement d’une machine PBF est régi par les details de la strategie de balayage et les parametres de fabrication, qui sont detailles ci-dessous.

2.3.1 Technologies laser

La litterature regroupe generalement sous le nom de frittage laser, les deux technologies suivantes : le frittage selectif au laser et la fusion selective au laser.

2.3.1.1 Frittage sélectif au laser - Selective Laser Sintering (SLS)

La technologie SLS utilise comme matiere premiere un melange de poudres. Un faisceau laser pulse a haute puissance va permettre la fusion des particules situees a la surface du lit de poudre en suivant la trajectoire definie par les donnees CAO. La plateforme de construc­tion va s’abaisser apres chaque couche afin de permettre la création de la couche suivante (Figure—2.7). Couche apres couche, ce processus permet, par une fusion partielle, la produc­tion d’une piece.

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Figure 2.7 — Schéma du procédé SLS et SLM, avec (1) la création du faisceau laser, (2) le contrôle du faisceau, (3) la plateforme de construction, (4) le reservoir de poudre et (5) le rouleau d’etalement.

Le SLS présente l’avantage de permettre de mettre en forme de nombreuses matières premières (métaux, polymeres, ceramiques, ...etc). Les produits formes présentent aussi une bonne du­rabilité et ne necessiteraient pas obligatoirement d’etapes de post-traitement. Par contre, la précision n’est pas aussi optimale que dans le cadre d’autres technologies, principalement a cause du diametre du point laser et de la formation de liaisons non voulues lors de la fu­sion partielle des particules. Au vu de la haute temperature de ce processus, la degradation thermique des pieces et l’amoindrissement de leur robustesse sont egalement possibles.

2.3.1.2 Fusion sélective au laser - Selective Laser Melting (SLM)

C’est le besoin de pieces metalliques denses ayant de bonnes proprierés mecaniques qui est le moteur du developpement de la technologie SLM. La fusion selective au laser utilise comme matiere premiere des poudres metalliques. Suivant un processus similaire au SLS, un laser de forte puissance va permettre la fusion complete de ces poudres metalliques en suivant la trajectoire determinee par les donnees CAO, couche apres couche. Notons que les matieres premieres les plus utilisees sont l’acier inoxydable, l’acier trempe, le cobalt-chrome, le titane et l’aluminium.

La technologie SLM présente l’avantage de permettre de créer avec précision des produits complexes. Au niveau mecanique, ses pieces demontrent de meilleures résistances en traction et une large gamme de densités peut etre atteinte en comparaison avec les autres techniques. Cette technique peut aussi etre utilisee pour la formation de surfaces poreuses. Il s’agirait de la meilleure technique de production de petites pieces metalliques pour les secteurs de l’aeronautique, de l’automobile et des biens de consommation.

Cependant, cette technologie forme des pieces demontrant une qualité de surface moyenne; mais ce probleme peut etre contourne par un post-traitement de re-fusion au laser. De plus, la gamme de matieres premieres est relativement limitée, et cette technique n’est pas opti­male pour la production de pieces très denses, contrairement a la technologie EBM, car les contraintes thermiques internes sont trop importantes.

2.3.1.3 Résumé des technologies laser

Les principaux avantages et inconvénients génériques des technologies laser sont repris dans le Tableau—2.2 ci-dessous :

Avantages

- Présence d’une grande variete de matériaux disponibles tels que le nylon, nylon ren­force, sable, metal, ...;
- Pas besoin de post-durcissement du modele ;
- Ce processus est autonome ;
- Une précision elevee peut etre atteinte.

Inconvenients

- La machine prend beaucoup de temps pour se rechauffer et se refroidir ;
- La surface de finition n’est pas lisse ;
- La commutation des matériaux est difficile par rapport aux technologies de depot fil et stéréolithographie ;
- Un post-traitement est une condition necessaire, une fois l’objet imprime.

Table 2.2 — Avantages et inconvénients du procédé laser.

Comme l’illustre le diagramme suivant (Figure—2.8), le laser est principalement utilise au­jourd’hui pour des applications liees aux secteurs automobile, medical et de produits de consommation.

Industrie aéronautique Industrie automobile Produits consommables Défense

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Figure 2.8 — Diagramme de répartition des applications des technologies laser en 2014, adapté de [MAM14].

2.3.2 Fusion par faisceaux d’électrons - Electron Beam Melting (EBM)

Cette technologie a été développée et commercialisée par Arcam AB. La fusion par faisceaux d’électrons (EBM) est réalisée sous vide et a température élevée. Elle utilise comme source d’énergie un puissant faisceau d’électrons et comme matiére premiére de la poudre de métal pour la production de piéces métalliques denses. Ce processus est généralement utilisé pour produire des piéces métalliques de plus grande taille, par exemple pour l’industrie automobile ou aéronautique.

Il s’agit de la technologie utilisée dans le cadre de cette étude ; une description détaillée de son fonctionnement est expliquée au Chapitre—3. Notons que Markets and Markets estime que cette technologie devrait connaître une forte croissance dans les années a venir. Selon l’étude, le segment de l’aéronautique devrait étre le marché connaissant la plus grande crois­sance dans ce segment, avec un CAGR[6] de plus de 30% entre 2014 et 2020. Arcam AB est jusqu’aujourd’hui la seule entreprise active dans cette technologie.

La répartition des applications visées par cette technologie est reprise dans le schéma ci- dessous (Figure—2.9).

Industrie aéronautique Industrie automobile Produits consommables Défense 1

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CHAPITRE 3 Electron Beam Melting

Afin de discuter des influences d’une chambre de construction réduite sur les pièces fabriquées par EBM, il est necessaire de commencer par decrire le materiel EBM et son procede de fabrication. Par la suite, une analyse du modele thermique, developpe par Arcam, permettra d’etablir les bases de l’etude theorique de l’influence de la nouvelle chambre.

3.1 EBM hardware

Arcam possede le monopole mondial de la technologie d’impression 3D par fusion d’electrons du fait qu’il est le detenteur de brevets cles sur la technologie, ce qui ne rend les comparaisons possibles qu’entre les differents modeles Arcam eux-meme. Au total, il en existe six differents (S12, A2, A2X, A2XX, Q10, Q20+) et chacun possede des caracteristiques[7] uniques. La Figure—3.1 ci-dessous, montre une photo d’une machine Arcam Q20+, utilisee pour cette etude.

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Figure 3.1 — Photo d’ensemble d’une machine Arcam Q20+, issue de [ZT17].

La différence majeure entre l’EBM et les nombreuses autres technologies de fusion d’un lit

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de poudre, est l’utilisation d’un faisceau d’électrons en remplacement d’un laser, afin de faire fondre et solidifier les poudres. Dans l’ensemble, cette technologie est fort similaire au microscope electronique a balayage, MEB : tous les deux se basent sur le principe des interactions electrons-matiere. Comme le montre la Figure—3.2, le faisceau est generé au sein d’un canon d’electrons (1). Une cathode (2) en cristal d’hexaborure de lanthane (LaB6) est placee dans une anode et un courant est applique au cristal qui est chauffe jusqu’à 2200 — 2700K. Les electrons sont alors collimates et accelerés par un champ electrique entre la cathode (cristal) et l’anode, jusqu’à une energie de 60keV, et des lors, le faisceau d’electrons est cree [Nei12].

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Figure 3.2 — Schéma de la chambre de construction et du canon d’électrons d’une Arcam Q20+ (a), incluant les réferences des composants ; (b) photo de l’interieur de la chambre, adapte de [AB17].

Le faisceau passe ensuite dans un tube de dérivation, où se trouvent des lentilles magnétiques. La premiere lentille (3) a pour objectif de corriger l’astigmatisme et de generer un faisceau electronique circulaire avec une distribution d’energie gaussienne[8]. La seconde lentille est la lentille de focalisation (4) qui, comme son nom l’indique, concentre le faisceau en un petit ”point” de 0,1mm de diametre. Enfin, la lentille de deviation (5) balaye le faisceau a travers la zone de construction.

Le processus de fusion a lieu au sein de la chambre de construction (6). A l’intérieur de la chambre de construction sont disposees deux trémies a poudre (7) qui contiennent la poudre de titane utilisee dans le procede. Sous ces réservoirs se trouve la table de construction (8) qui definit, quant a elle, la zone où la poudre est etalee par la racle (9). Cette derniere récupere la poudre des réservoirs et l’etale sur la table de construction. Au milieu de la table de construction se trouve le réservoir de construction (10) a rintérieur duquel se trouve la plate-forme de construction (11) qui peut se deplacer vers le bas (axe z positif en direction du bas de la machine) au fur et a mesure que la construction progresse. La zone de construction réelle, appelee ”plaque de demarrage” (12), sur laquelle le faisceau fond et solidifie la poudre, est fixee a l’aide de goupilles sur le dessus de la plate-forme de construction, et elle est initialement positionne a la meme hauteur que la table de construction.

L’ensemble de fabrication du système EBM, chambre de construction et colonne du canon d’electrons, est sous un vide pousse durant le processus. Ce vide est necessaire principalement afin d’eviter que les electrons n’interagissent avec les atomes gazeux qui pourraient etre pré­sents au sein de la chambre, et risqueraient de faire devier le faisceau. L’utilisation du vide est egalement avantageuse pour le procede puisque il empeche les reactions entre les metaux reactifs, tel que le titane, avec des gaz atmospheriques comme l’oxygene. De plus, le vide agit comme isolant pour aider à maintenir la temperature du procede a un niveau eleve.

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Les contraintes résiduelles au sein de la matiere fusionnee représentant une diminution des proprietes mecaniques, il est important de les limiter dans la mesure du possible. Pour le procede EBM, et contrairement aux technologies laser, ce probleme a ete résolu en main­tenant une temperature elevee lors de la fabrication. Comme on peut le constater avec la Formule-Eq. 3.1, les contraintes d’origine thermique sont directement liees a la valeur du gradient thermique [LB15].

Diminuer le gradient thermique AT en augmentant la temperature ambiante de la chambre, permet donc de réduire les contraintes thermiques oth.

En raison de la puissance elevee du faisceau (jusqu’a 3kW) et de son mouvement rapide permis par les lentilles magnetiques, le faisceau est utilise, dans un mode defocalise, pour balayer régulierement la surface de poudre afin de maintenir la temperature elevee et donc de limiter les contraintes residuelles.

3.2 Procédé EBM

3.2.1 Pré et post-fabriquation

Une construction dans le processus EBM commence toujours avec le pompage de la chambre de construction à un vide d’environ 5· 10-5mbar, qui est une condition préalable à l’utilisation du faisceau d’electrons. Ce vide est egalement benefique pour deux raisons : il permet aux metaux hautement reactifs et aux alliages d’etre traites ; par ailleurs, il augmente l’isolation thermique [AB17].

Lorsque le vide est crée, le chauffage de la plaque de demarrage par le faisceau permet de faire monter la temperature à ~ 500oC. A cette temperature, un degazage va se produire, permettant d’eliminer les impuretés présentes a la surface de la plaque[9]. A la fin de ce nettoyage, la zone de construction va subir une nouvelle etape de chauffe afin d’atteindre la temperature de construction qui est de ~ 750oC, ce qui marquera la fin de la phase de preparation de la machine et le debut des cycles de fabrication detailles au Chapitre—3.2.2.

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Figure 3.3 — Diagramme de la température de la chambre de construction en fonction du temps, fourni par le thermocouple situe sous la plaque de deémarrage.

Lorsque la construction est terminee, la chambre est refroidie jusqu’a une temperature de 100 oC dans de l’helium à 4 · 10-3mbar, puis refroidie à l’air. Le processus sera entierement fini lorsque la temperature à l’intérieur de la chambre descendra sous le seuil de 80oC, ce qui permettra a l’operateur d’ouvrir la chambre afin de récuperer la piece. Une commande interne a l’automate de la machine empeche toute ouverture tant que cette temperature de securite n’est pas atteinte, afin de prévenir tout risque d’accident.

Les mesures de temperatures fournies par la Q20 sont, toutes, issues de deux thermocouples situés sous la plaque de démarrage. Les valeurs obtenues sont cependant à utiliser avec précau­tion car le fait que ces thermocouples se trouvent sous une plaque en acier inoxydable 316L de 10 mm d’epaisseur semble fausser les mesures qu’ils peuvent fournir. Ce sont les phenomenes de transfert de chaleur par conduction et par rayonnement qui engendrent les differences de temperature entre la zone de fabrication et les thermocouples. Cette caracteristique peut justifier le choix qu’a fait Arcam de se passer complètement des donnees des thermocouples durant le procede de fabrication. Ils ne sont toutefois pas sans necessite car c’est eux qui contrôlent l’ouverture de la chambre de construction en confirmant que la temperature est bien inferieure aux 80°C de securite.

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Lors de la sortie de la piece, la partie entierement pleine et fondue formant la piece finale se trouve entourée d’un amas de poudre frittee. Cette poudre en exces sera eliminee par sablage en utilisant le système de recuperation de poudre appele PRS (Figure—3.4). La particularité de ce système est qu’il utilise une poudre identique a celle utilisee pour la construction, ce qui permet de la recycler et de la ré-utiliser ensuite dans le processus et donc de limiter fortement la perte de matiere. Cependant, il est intéressant de noter que durant ces cycles de recyclage, la poudre subit des contaminations extérieures, principalement une humidification due à son contact prolonge avec l’air ambiant. Les faits que cette contamination est difficilement contrôlable et que ses influences sur la fabrication ne sont pas bien connues, justifient le besoin de limiter la quantité de poudre utilisee et donc recyclee lors d’une impression.

3.2.2 Fabrication

La phase de fabrication de la piece suit une logique cyclique qui va se répeter autant de fois que necessaire afin d’obtenir la piece finale. Chaque cycle est compose de 5 a 7 etapes, comme le montre la Figure—3.5, qui suivent toujours le meme ordre : les préchauffages 1 et 2, la fusion des contours, un post-chauffage (optionnel), la fusion des parties pleines, un autre post-chauffage (egalement optionnel) et le passage de la racle. A chaque etape est associe

un courant déterminant l’énergie que le faisceau doit fournir au système. Le contrôle de ce courant est realise par le modeie thermique dont le fonctionnement est decrit au Chapitre—7.

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Figure 3.5 — Schéma d’un cycle typique du procédé EBM.

La table de construction commence par etre abaissee d’une distance de 90^m, correspondant à l’epaisseur d’une couche sur le modele Q20. La racle etale ensuite sur la table de construction une couche de poudre qui subit un premier chauffage appele Préchauffage 1 ou PH1. Il s’agit de l’une des etapes cles du procede EBM, où la poudre est chauffee par le faisceau a 80% de sa temperature de fusion [Mur12]. Cela permet de la fritter (Figure—3.6) afin d’une part, d’ameliorer sa conductivite electrique, et d’autre part, de créer une structure solide limitant le besoin de support mecanique. L’avantage de l’augmentation de la conductivite electrique est directement lie a l’utilisation d’un faisceau d’electrons, qui, par definition, bombarde la zone d’electrons qu’il est necessaire de pouvoir evacuer afin de maintenir de bonnes conditions de fusion. La surface concerne par le PH1 est très large (voir Figure—3.7) ; elle englobe l’ensemble des pieces qui sont imprimees afin d’obtenir un seul grand bloc de poudre frittée.

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Figure 3.6 — Micrographies d’une poudre de Ti6Al4V non-frittée (a) et frittée (b) au grossissement 200x.

Après ce frittage, un second chauffage commence, appelé Préchauffage 2 ou PH2, générale­ment avec une intensite de faisceau plus faible. Il est plus localise que le PH1 et se concentre autour des zones destinees à etre fusionnees. Ce préchauffage est réalise afin d’amener la poudre, précédemment frittee, à une temperature la plus proche possible de celle du point de fusion. Cela permet, par la suite, de diminuer l’apport d’energie necessaire pour atteindre le point de fusion ; le passage du faisceau peut, par consequent, etre réalise a plus haute vitesse lors de l’etape suivante.

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Figure 3.7 — (a) Schéma des surfaces de préchauffage 1 (PH1) et 2 (PH2) lors de la fabrication simultanee de deux pieces ; (b) Multispot effectue lors de la fusion des contours; (c) parcours effectue par le faisceau lors de la fusion de l’intérieur d’une piece.

A la suite des préchauffages, les contours de l’actuelle couche 2D sont fondus en utilisant une strategie de fusion appele ”Multispot” qui permet notamment d’ameliorer la morphologie de surface. Pendant cette fusion Multispot, le faisceau d’electrons est deflechi instantane- ment et de façon discontinue entre plusieurs points individuels le long du contour, créant l’illusion de fusions multiples simultanees. Cette illusion est rendue possible par l’utilisation des lentilles magnetiques pour commander le faisceau, ce qui offre la possibilite de le de­placer ”instantanement” entre des points adjacents au sein de la chambre de construction. Un contour completement fondu, sans rupture, est crée car plusieurs points sont fusionnes ensemble gréce a un chevauchement prevu dans les parametres machine. Un nouveau calcul de l’energie moyenne fournie est alors effectue et une etape de postchauffage peut etre réalise pour eventuellement rechauffer la couche en cours [Nei12].

Lorsque les contours sont termines, le faisceau fond la partie pleine, a l’inrérieur des contours, en utilisant une fusion appelee ”Hatch melting” qui consiste a parcourir la surface à traiter en suivant une progression en forme de serpent (voir Figure—3.7). Comme une seule couche est fondue, un chauffage supplementaire (Melting Postheat) peut etre necessaire afin de main­tenir une haute temperature de construction et d’equilibrer l’energie moyenne utilisee (voir Chapitre—7).

Après avoir fondu une couche selon la strategie décrite ci-dessus, la table de construction est abaissée et le processus recommence pour créer une nouvelle couche. Ce cycle se répete autant de fois que necessaire pour atteindre la quantité requise de couches pour former la piece. Ceci donne un taux de construction avoisinant les 3 a 6 mm de hauteur par heure [SAl0][Kar15].

3.2.3 Récapitulatif du procédé EBM

Le diagramme ci-dessous montre l’ensemble des etapes de fabrication d’une piece par EBM.

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3.3 Matériaux de fabrication

3.3.1 Le titane

Le titane et ses alliages possèdent une place importante au sein des matériaux de construc­tion, et ce depuis plusieurs annees deja. Des applications telles que la technologie medicale, le sport, la marine et l’aeronautique profitent des proprietés avantageuses des matériaux en titane [LP03]. Comparativement aux autres metaux, ils présentent une resistance a la corro­sion elevee et un rapport Résistance/Poids spécifique eleve [Col94], ce qui constitue un grand avantage pour le secteur aéronautique. Actuellement, en fabrication additive, l’alliage de ti­tane le plus utilise est le Ti6Al4V d’apres G. Lutjering [LW07]. Cet alliage possede un bon equilibre entre proprietes mecaniques et facilite d’exploitation; de plus, il a deja fait l’objet de nombreuses recherches, ce qui rend son comportement connu et prévisible. En raison d’une conductivite thermique relativement faible, le titane et ses alliages sont quelque peu compli­ques a usiner par des methodes traditionnelles telles que le tournage et le fraisage, ce qui en fait un candidat ideal pour la fabrication additive.

Le Ti6Al4V est une matiere dite bi-phasique, constitue de la phase α hexagonale compacte (HC) qui constitue la forme la plus stable a temperature ordinaire, et de la phase ¡3 cubique centrée (CC) qui existe aux temperatures elevees jusqu’au point de fusion (Figure—3.9). La temperature de transition entre les deux phases pour Ti6Al4V est de 9950C. Les formes a et 3 constituent deux varierés allotropiques, 3 etant plus leger que a [DGW02].

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Figure 3.9 — Structure hexagonale compacte (a) et cubique centrée (b)

Les propriétés mécaniques de l’alliage Ti6Æ4V bi-phasique dépendent de la microstructure et de la distribution des deux phases dans l’ensemble du materiau. Arcam fournit cependant les proprietes suivantes :

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Table 3.1 — Composition et propriétés mécaniques et physiques de l’alliage Ti6Al4V, adapté de [Kar15], table complete en Annexe A.2.

A partir du tableau ci-dessus, il est possible de comparer le Ti6Al4V a deux autres métaux couramment utilises : l’Aluminium 6061-T6 et l’acier inoxydable 316L[10]. Du point de vue de la densite, l’alliage de titane se situe entre les deux autres metaux, mais sa résistance est largement meilleure ; c’est ce qui le rend intéressant si l’on cherche un compromis entre une bonne résistance et un faible poids, tel que c’est generalement le cas en aeronautique. Cependant, il faut remarquer que son prix est de loin le plus eleve des trois alliages, atteignant approximativement 8 fois le prix a la tonne de l’alliage d’aluminium. Il est donc generalement reserve aux pieces à haute valeur ajoutée.

3.3.2 La poudre de titane

Les poudres metalliques sont produites par des procedes chimiques electrolytiques, meca- niques ou d’atomisation. Pour la production de poudres de titane, les procedes d’atomisation sont les plus couramment utilises d’apres J.J. Dunkley [Dun98]. Il existe plusieurs procedes d’atomisation differents, bien que le principe d’atomisation de base soit le meme pour tous, a savoir faire fondre un metal afin de former des gouttelettes spheriques pour ensuite les soli­difier et créer la poudre. Deux procedes, les plus couramment utilises en fabrication additive, sont brievement decrits ici (Figure—3.10).

Pour le procede d’atomisation plasma, un fil de base est préchauffé et introduit à la conver­gence de trois torches à plasma. L’energie intense des torches vont faire fondre le fil et cisailler le metal, créant ainsi de minuscules gouttelettes de metal en fusion. Ces gouttelettes refroi­dissent en tombant le long du reacteur. En condensant, elles se transformeront ensuite en une fine poudre de metal spherique qui est recueillie a la base du reacteur. Ce dernier est rempli d’argon, minimisant ainsi les risques de contamination et permettant de produire une poudre de haute pureté [PCI17].

Pour le procede d’atomisation gazeuse, la pulverisation en fines gouttelettes d’un filet de matiere en fusion est réalisee grâce a un jet de gaz sous haute pression. Les gouttelettes se solidifient et forment la poudre. L’utilisation d’une buse d’atomisation ayant un profil particulier permet l’ecoulement laminaire du gaz. Ainsi, la taille des gouttelettes et, par consequent, la repartition de la poudre elaborée sont mieux contrôles [Dem12].

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Figure 3.10 — Schémas des procédés d’atomisation gazeuse (a) et d’atomisa­tion plasma (b).

Avant l’utilisation, et afin d’avoir une répartition de taille précise des grains de poudre, un tamisage des poudres fines est generalement réalise dans une atmosphere inerte pour separer les differentes fractions de poudre créees.

3.4 Post-traitements

Bien que les caractéristiques mecaniques discutées précedemment montrent que le procede EBM peut etre une alternative favorable aux techniques laser ou à la fonderie, il est toujours intéressant d’ameliorer les proprietés mecaniques des pieces produites, de sorte qu’elles re­pondent aux specifications pour Ti6Al4V comme mentionne dans la norme [AMS16]. L’ame­lioration des proprietés mecaniques peut etre obtenue en affinant la microstructure du ma­tériau et en réduisant les contaminations. Deux methodes d’amelioration sont proposees : la variation des parametres du faisceau d’electrons, et la Compression Isostatique a Chaud (CIC[11] ), permettant, toutes les deux, de faire varier la morphologie et la taille des poudres.

3.4.1 Variation des paramètres de process

L’un des moyens les plus simples d’essayer d’ameliorer les proprietés du Ti-6Al-4V produit consiste a modifier les parametres du faisceau d’electrons. La puissance, la vitesse du fais­ceau et la vitesse de balayage sont, toutes, des parametres qui peuvent etre commandes sur la machine. Il existe peu d’informations sur les effets des parametres du processus sur les proprietés mecaniques. Cependant, des recherches ont ete menees sur l’effet des parametres pour un processus semblable, le LENS[12]. Une etude a ete menee dans laquelle la puissance et la vitesse de balayage du faisceau laser ont ete modifiees et les effets de ces alterations sur les proprietés de l’acier à outils H13, utilise pour ce procede, ont ete observes [Gri00]. En changeant la puissance et la vitesse du laser, l’energie de depot a ete altérée, ce qui s’est averé affecter les propriétés de résistance et de ductilité de l’alliage. L’acier a outils H13 est sensible a l’effet Hall-Petch[13], qui affirme que les microstructures avec des granulometries plus fines donnent des limites d’elasticite plus elevees. Une faible energie de depôt, caracterisee par une faible puissance (200 W) ou une vitesse de deplacement elevee (9,31 mm/s), a permis a la masse fondue de se solidifier rapidement, conduisant a une microstructure plus fine avec des grains plus petits. Une energie de depot elevee, caracterisee par une puissance elevee (300 W) et/ou une vitesse de deplacement lente (5,92 mm/s), produit des pieces avec une microstruc­ture plus grossiere avec des grains plus grands et une ductilite elevee. Ainsi les valeurs de resistance et de ductilite les plus elevees ne peuvent pas ôetre atteintes simultanement. Une piste, selon S.B. Bass et P.A. Kobryn [Bas07][Kob03], consisterait a trouver une corrélation entre ces résultats et le cas de l’EBM, afin de pouvoir les appliquer sur ce dernier et de trouver un juste equilibre entre résistance et ductilite.

3.4.2 Traitements thermiques et Compression Isostatique à Chaud

Le CIC et les traitements thermiques des alliages Ti6Al4V sont un moyen courant d’altérer la microstructure et les proprietés mecaniques des pieces produites. Les traitements thermiques des alliages de titane ont pour objectif de :

- Acquerir une combinaison la plus favorable possible entre ductilite, usinabilite et stabilité structurale et dimensionnelle (recuit) ;
- Augmenter la résistance (traitement et vieillissement de la solution) ;
- Ameliorer les proprietés speciales telles que la résistance a la fatigue, la ténacité[14] et la résistance au fluage[15] a haute temperature.

D’apres D. Betner [Bet80], le recuit des alliages Ti6Al4V est principalement réalise pour ameliorer la résistance a la rupture, la stabilité dimensionnelle et thermique et la ductilite a temperature ambiante. Il ameliore generalement certaines proprietes au detriment des autres ; le cycle de recuit doit donc etre choisi en fonction des proprietés souhaitées. Il existe plusieurs types communs de traitements de recuit, mais le recuit de recristallisation fournit la com­binaison optimale pour ameliorer la ténacité sans perdre significativement en résistance. Ce procede est effectue en chauffant l’alliage dans la plage superieure de la phase a - P, puis en maintenant pendant un certain temps l’alliage a cette temperature, avant de le refroidir len­tement. La norme [AMS01] recommande, pour ce recuit de recristallisation, une temperature de 968 à 986°C, un maintien pendant 1 à 4 heures, un refroidissement a l’air, le rechauf­fage entre 705 et 760°C pendant 1 a 2 heures, et enfin un refroidissement a l’air. Les alliages

Ti6Al4V fabriques par EBM pourraient subir ce processus afin d’améliorer leur ténacité, tout en maintenant leur résistance [Bet80].

Lors du traitement thermique des alliages Ti6Al4V, il est important de tenir compte des effets de la contamination. Le traitement thermique doit etre effectue dans un four sous vide ou dans une atmosphere inerte afin d’empecher l’oxydation des alliages qui peut produire une couche de surface fragile.

La Compression Isostatic a Chaud des pieces en Ti6Al4V est egalement un moyen relative­ment commun d’augmenter certaines des proprierés du matériau. Le CIC implique l’exposition des pieces à des temperatures et pressions elevees, ce qui entraîne l’elimination des vides in­ternes et contribue a créer de solides liaisons metallurgiques dans tout le matériau. La densité des pieces ayant subi une CIC atteint presque 100% avec une granulometrie uniformement fine. Suite a la réduction de la porosité des pieces que cela provoque, les proprietés meca- niques telles que la résistance a la fatigue sont ameliorées. La norme [AMS10] suggere que les pieces de Ti6Al4V subissent une CIC sous atmosphere inerte de minimum 34, 5MPa a une temperature comprise entre 899 et 954°C maintenue pendant 2 à 4 heures et qu’elles soient refroidies sous atmosphere inerte en dessous de 427°C. D’apres S. Mussman [Mus99], faire subir ce traitement aux pieces réalisees par EBM peut aider a réduire en partie les porosités observees et, par consequent, ameliorer les proprietes mecaniques.

3.5 Defauts de fabrication

Comme decrit précedemment, le procede de fusion par faisceau d’electrons est très complexe ; une legere modification de l’environnement peut engendrer des defauts sur les pieces fabri- quees. Il existe une multitude de defauts possibles, ayant differentes consequences, allant de la simple irrégularite geometrique à l’arrêt complet de la machine dans certains cas. Trois exemples de defauts sont decrits ci-dessous.

3.5.1 Le Swelling

Le swelling tel que defini par Arcam est un phenomene menant a l’augmentation locale de l’epaisseur en cours de fabrication. Comme on peut le voir sur la Figure—3.11, on retrouve ce gonflement (swelling) en bout de piece. Pouvant atteindre plusieurs millimetres, il est la consequence d’une legere accumulation de matiere, répetée sur plusieurs dizaines de couches.

Le swelling provient d’une mauvaise éva­cuation thermique locale. On retrouve donc souvent ce defaut sur des zones larges, construites directement sur la poudre sans support. Cette mauvaise conduction ther­mique engendre une surchauffe de la matiere et l’apparition de l’effet Keyhole.

En soudure EBW[16], l’effet keyhole se produit lorsque l’energie est suffisamment grande pour former une zone de plasma qui vient ecarter le bain de fusion autour de celle-ci. Dans le cadre de la soudure, cet effet est interessant pour ameliorer la penetration et épaisseur traversee.

En EBM, le but est de garder le bain le plus constant possible sans alterer la surface et donc cet effet Keyhole est a eviter. Si la conduction thermique n’est pas assez elevee, cet effet peut se produire et plutôt que d’avoir une surface bien plane, on retrouve un bourrelet autour de la zone plasma. Le bourrelet etant pousse par le faisceau, il va se retrouver dans les extrémites, ce qui explique pourquoi on retrouve le swelling proche du bord de la piece.

Mise-à-part le non-respect de la geometrie, le swelling peut mener a la deterioration de la machine, du reste de la piece et mener a l’arrêt prématuré de la fabrication. En effet, au-dela d’un certain gonflement, la zone solide rentre en contact avec la racle. Les dents flexibles se pliant aux zones de contact, plus de poudre sera deposee dans le sillon de ces dents pliees, ce qui augmentera d’autant plus le swelling. Pousser a son paroxysme, le gonflement peut entrer en contact avec la partie rigide de la racle et engendrer une erreur fatale et l’arrêt de la machine.

D’apres Arcam, le meilleur moyen pour eviter le swelling est :

- D’incliner la piece pour ne pas avoir une surface trop importante fondue directement sur de la poudre ;
- De rajouter des supports pour permettre une meilleure evacuation thermique.

3.5.2 Les porosités en surface

Les porosités dans le plan de fusion peuvent etre de taille assez variable. Souvent, on les retrouve comme une fine ligne avec de temps en temps des grains partiellement fondus.

Ces defauts sont d’origine multiple. Cepen­dant, de façon generale, ceux-ci proviennent d’un manque d’energie pour fusionner com- pietement la couche. Etant donne que ces de­fauts ne se reproduisent pas forcement sur la hauteur, l’ecart par rapport à des parametres de fusion conforme est faible.

Cet ecart peut trouver son explication dans differents phenomenes :

- Un changement brusque de section ; dans ce cas, il est possible que ce soit le modele thermique qui n’arrive pas a s’adapter à ce changement ;

- Une couche legerement trop epaisse, ce qui entraîne un manque d’energie pour la fusionner.

3.5.3 Le Smoke

En raison de la charge negative des electrons qui bombardent la surface de fabrication, le lit de poudre peut accumuler les charges si l’evacuation de celles-ci ne se produit pas assez bien ou assez rapidement. Lorsque cette accumulation devient trop elevee, les forces de repulsion electronique entre les particules de poudre deviennent plus elevees que la force gravitationnelle et les forces de frottement qui maintiennent les particules en place. Des lors, une decharge brutale a lieu et provoque un nuage de poudre à l’interieur de la chambre. Ce phenomene est appelee le ”Smoke”. Un autre effet de l’accumulation de charge negative a la surface de la zone de fabrication est le risque de deflexion du faisceau d’electrons, ce qui entraîne une diminution de la precision.

Les consequences de ce type de defaut peuvent aller du simple arrêt temporaire de la pro­duction jusqu’à l’arrêt complet de la Q20+ afin de protéger la cathode.

CHAPITRE 4 Rappel de Résistance des Matériaux

Une bonne connaissance des matériaux utilises en fabrication métallique est indispensable pour la realisation d’un outillage, aussi bien pour sa conception que pour son dimensionne­ment. Elle est egalement necessaire pour definir la resistance des differents elements structu­rels. L’objectif de ce chapitre est d’etablir les bases de calcul de dimensionnement et de definir les caracteristiques mecaniques des materiaux utilises pour la realisation de l’outillage. Les equations detaillees ici sont ensuite utilisees au Chapitre—6 afin de valider le dimensionnement de l’outillage.

4.1 Contexte

4.1.1 Loi de Hooke

La Figure—4.1 présente l’allure générale de la relation contrainte-déformation spécifique d’une éprouvette en acier de construction obtenue par un essai de traction effectué par allongement contrôlé. On peut distinguer trois domaines :

- Le domaine élastique : il s’agit de la zone dans laquelle la déformation est propor­tionnelle a la contrainte (loi de Hooke). Dans ce domaine, on peut admettre que le diagramme est une ligne droite définie par l’équation suivante :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

La valeur de la limite d’élasticité fy correspond a la contrainte maximale qu’il est possible d’atteindre pour un comportement uniquement élastique de l’éprouvette. La déformation spécifique correspondant a la limite d’élasticité est notée ey. Si la force engendrant la déformation est relachée avant que la contrainte n’atteigne fy, c’est- a-dire si les contraintes restent dans le domaine élastique, l’éprouvette revient à sa dimension initiale.

- Le domaine d’écrouissage : il s’agit de la zone où la déformation du matériau est irréversible. Aprés avoir arrété toute contrainte sur l’éprouvette, celle-ci ne retrouvera plus sa forme initiale. La limite supérieure de la zone d’écrouissage est appelée résis­
tance nominale à la traction de l’acier fu. La déformation spécifique correspondant à cette résistance est notée eu.

- Le domaine de la striction : il correspond a une réduction localisee de la section de l’eprouvette amenant la rupture du matériau, survenant pour des deformations locales superieures a eu. L’allongement de rupture est note er.

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Figure 4.1 — Allure générale de la relation contrainte-déformation spécifique d’un acier inoxydable.

Remarque : · Le module de Young caractérise la raideur du matériau ; plus E est eleve, plus le matériau est rigide, et inversement plus E est faible, plus le matériau est souple ;

- Le comportement en compression de l’acier est symetrique au comportement en traction.

4.1.2 Résistance et température

Si la basse temperature rend l’acier fragile, la haute temperature réduit les differentes ca­ractéristiques de l’acier. Parmi les proprietés affectées, on retrouve les pertes de rigidité (diminution de E) et les pertes de résistance (diminution de fu et fy). Les vis utilisees dans l’assemblage sont, toutes, en Inox 304L de classe 70 dont la résistance a la traction est fu,25°c = 700 N/mm2 et la limite d’elasticite est fy,25°c = 450 N/mm2 [TFA09] à tem­perature ambiante. Cependant, dans notre cas, la temperature d’utilisation est largement superieure a celle utilisee pour etablir cette valeur. Il est donc necessaire de prendre en compte cette différence car a haute temperature, la résistance des aciers inoxydables chute grandement.

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Figure 4.2 — Diagramme du facteur de réduction de résistance à la traction en fonction de la temperature, adapte de [TK14].

La Figure—4.2 ci-dessus montre l’évolution du coefficient réducteur de la résistance a la traction pour l’Inox 304L. D’apres I. Tylek et K. Kuchta [TK14], en travaillant à 800°C, il faut appliquer un coefficient de 0,4 afin de garantir la bonne tenue de l’acier. Par consequent, les valeurs utilisees lors du dimensionnement au Chapitre—6 sont fu,soo°C = 280 N/mm2 et fy,800°c = 180 N/mm2.

4.2 Caractéristiques des moyens d’assemblage

Les caracteristiques principales du materiau utilise pour les moyens d’assemblage sont exami­nes dans cette section. Les moyens d’assemblage peuvent etre classifies selon deux categories :

- Moyens mecaniques (vis, boulons, rivets, goujons,...) ;
- Soudures.

Pour clarifier quelques notions souvent employees dans cette section, il nous semble utile de definir les termes suivants :

- Boulon : dans ce qui suit, le terme « boulon » designe un ensemble constitue de la vis, de l’ecrou et des rondelles eventuellement ;
- Vis non calibrée : Vis dont la tolerance sur le diametre de la partie lisse de la tige est superieure a celle correspondant a la qualite 11 (par exemple : h13, h14 ou h15) ;
- Soudage : operation qui consiste à réaliser un joint soude destine a relier entre elles deux ou plusieurs parties d’un assemblage en assurant, par fusion, la continuité de la matiere entre ces parties ;
- Joint soudé : ensemble de l’element de liaison entre les pieces assemblees constitues par la soudure et les zones influencees thermiquement du metal de base ;
- Soudure : partie du joint soude constitue par le metal d’apport fondu.

4.2.1 Assemblage soudé

4.2.1.1 Joints soudes

La soudure est le moyen d’assemblage le plus fréquemment utilisé dans la fabrication en atelier. Les principaux avantages qu’offre l’emploi de la soudure sont :

- La realisation d’assemblages rigides, donc peu deformables ;
- Une diminution du temps de preparation des pieces de l’assemblage, par rapport au boulonnage, notamment dans le cas de soudures non penetrees (pas de trous a percer, reduction du nombre de couvre-joints et de plaques de tete) ;
- Une simplification des assemblages ;
- La realisation d’un assemblage etanche.

Elle necessite, par contre, certaines precautions de mise en œuvre, notamment :

- Le recours à un personnel qualifie ;
- L’utilisation de procedes de contrôle de qualite coûteux.

4.2.1.2 Procède de soudage sous flux gazeux

La protection vis-a-vis de l’atmosphere ambiante est obtenue par un gaz insuffle dans une buse concentrique a l’electrode. L’electrode est en tungstene et, contrairement a d’autres procedes, elle ne constitue pas le metal d’apport. Ce dernier se présente sous forme de fil comme le montre la Figure—4.3. Cette technique est appelee le ”procede TIG”[17] (procede n0141 suivant la norme [ISO92]).

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Figure 4.3 — Schéma du soudage sous flux gazeux - procédé Tungsten Inert Gaz.

Les principaux avantages de ce procédé résident dans la qualité qu’il permet et dans la fiabilité des soudures obtenues, raisons pour lesquelles ce procédé a été choisi pour les différentes soudures a effectuer.

[...]


[1] Pour d’autres matériaux tels que les polymères ou le ciment composite, les tailles peuvent être beaucoup plus importantes. Par exemple, en 2014 la societe chinoise WinSun Decoration Design Engineering CO a réussi a imprimer en 3D un immeuble de 5 etages [Mou15].

[2] L’investissement en machine est typiquement de 200.000€ minimum pour un equipement de production de pieces plastiques et de 350.000 - 400.000€ pour un equipement de production de pieces metalliques.

[3] Le rapport « buy-to-fly » est un terme souvent utilisé dans le secteur aérospatial, c’est le rapport entre

la masse de matière première utilisée pour un composant et la masse de ce même composant dans son état final.

[4] Les différentes appellations varient en fonction des pays et des entreprises, spécifier les noms anglais permet de limiter le risque de confusion.

[5] Un pré-polymère est un polymère présentant des groupes réactifs qui lui permettent de participer a une polymérisation ulterieure et d’incorporer ainsi plusieurs unites monomeres dans au moins une chaîne de la macromoiecule finale.

[6] Acronyme anglais de Compound Annuel Growth Rate, soit le taux de croissance annuel composé.

[7] Tableau comparatif des différents modèles de machine Arcam en Annexe—A.1

[8] Une fonction gaussienne est une fonction en exponentielle de l’opposé du carré de l’abscisse (une fonction en exp(-x2)). Elle a une forme caracteristique de courbe en cloche.

[9] Il s’agit principalement de vaporiser les résidus d’eau qui seraient présents sur la zone de fabrication

[10] Tableau comparatif des propriétés en Annexe—A.3.

[11] Dans la littérature, le terme HIP est plus souvent utilisé, acronyme anglais pour Hot Isostatic Pressure.

[12] Procede de depot et fusion de materiau decrit au Chapitre-2.1.

[13] La loi de Hall-Petch établit une relation, pour un matériau polycristallin, entre la taille des grains et la contrainte a partir de laquelle le materiau subit une deformation plastique.

[14] La tenacite est la capacite d’un materiau a résister a la propagation d’une fissure; cela s’oppose a la fragilité.

[15] Le fluage est le phenomene physique qui provoque la deformation irréversible non-instantanee d’un materiau soumis a une contrainte constante, inferieure a la limite d’elasticite du materiau, pendant une duree suffisante.

[16] Acronyme anglais du terme Electron Beam Welding, qui définit un procédé de soudage par faisceau d’électrons.

[17] Acronyme anglais de Tungsten Inert Gas

Résumé des informations

Pages
145
Année
2017
ISBN (ebook)
9783668651128
ISBN (Livre)
9783668651135
Taille d'un fichier
24.9 MB
Langue
Français
N° de catalogue
v385027
Note
87,50%
mots-clé
Fabrication additive Impression 3D Fusion par faisceau d'électrons Fabrication mécano-soudé Ti6Al4V Arcam AB

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Titre: Conception d'une chambre de construction réduite pour une machine de fabrication additive métallique de type Electron Beam Melting