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Posté par Redbran le Jeudi 13/04/2017 à 00:00
Un nouveau modèle pour mieux contrôler l’impression 3D des métaux
À partir de diverses poudres, le frittage sélectif par laser permet de façonner des objets à volonté. La complexité de la réaction des poudres métalliques lors de leur fusion affecte cependant la qualité de cette impression en 3D. Des chercheurs des laboratoires ICube à Strasbourg et QEERI au Qatar ont donc mis au point (Graphie) une simulation pour mieux comprendre et contrôler la distribution de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !). Ces travaux sont publiés dans la revue Additive Manufacturing.


Modèle d’élément fini pour les simulations. Direction du balayage est montrée par les flèches aller-retour.

Toujours plus populaire, l’impression 3D permet de réaliser n’importe quel objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui...) à partir d’un modèle numérique. Parmi les différentes techniques de fabrication, le frittage (Bien qu'il n'existe pas de définition du frittage faisant l’unanimité, il peut être décrit comme une consolidation d'un matériau (par exemple une...) sélectif par laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser...) façonne ses créations grâce à des poudres, qui fusionnent couche après couche sous la chaleur du laser. Outre des polymères, des poudres métalliques peuvent être employées. Mais à cause du mouvement du faisceau laser, la température n’est pas distribuée de manière homogène et stable dans le lit de poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille...). De plus, les propriétés des métaux changent selon qu’ils soient en poudre ou liquéfiés. Ces phénomènes réduisent la qualité de la couche solidifiée, et donc de la pièce finale. Des chercheurs du laboratoire des sciences de l’ingénieur, de l’informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement...) et de l’imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main,...) (ICube, CNRS/Université de Strasbourg/INSA Strasbourg/ENGEES Strasbourg) et de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) en environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) et en énergie du Qatar (Université Hamad Bin Khalifa/Fondation du Qatar) ont ainsi développé un modèle pour mieux comprendre le processus de chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) et refroidissement du lit de poudre.

Ils ont conçu cette simulation 3D à partir du code ABAQUS de Dassault Systèmes et de la méthode des éléments finis. Très utilisée en mécanique et en thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands...), elle fournit des approximations fiables aux problèmes dynamiques les plus complexes. Les chercheurs ont pour cela ajouté une série de sous-routines au programme principal de calcul de la chaleur. Ces tâches codées prennent en compte les nombreuses interactions qui ont lieu lorsque le laser balaye le lit de poudre: conduction, rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une...), convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait...), latence… Une formule permet par exemple de calculer l’évolution de la densité de la poudre, en fonction du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et de la température. Ces simulations ont été appliquées au cas de la poudre de titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.), avec des prédictions en bon accord avec les résultats expérimentaux.

Références publication:
Finite element simulations of temperature distribution and of densification of a titanium powder during metal laser sintering
L. Dong, J.P.M. Correia, N. Barth, S. Ahzi
Additive Manufacturing 13, 37–48 (Elsevier) (2017)
http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2016.11.002

Contact chercheur:
Said Ahzi (ICube)

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Source: CNRS-INSIS
 
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