Analyse, modélisation et simulation de l apparition de contraintes en fusion laser métallique



Documents pareils
Le polissage par laser

Colle époxydique multi usages, à 2 composants

Conseils en Ingénierie mécanique

LE CETIME votre partenaire pour le progrès et l innovation:

SOMMAIRE Thématique : Matériaux

Contrôle par commande prédictive d un procédé de cuisson sous infrarouge de peintures en poudre.

Le PEP et SEMATEC s associent. La Tomographie à rayon X #24 SOMMAIRE. Page 2. Page 3. Page 4. Avril 2011

Classement selon la Directive EU 1999/45/EC Pour plus d information, voir nos fiches de données de sécurité (MSDS)

SIMULATION DU PROCÉDÉ DE FABRICATION DIRECTE DE PIÈCES THERMOPLASTIQUES PAR FUSION LASER DE POUDRE

Mario Geiger octobre 08 ÉVAPORATION SOUS VIDE

La présente fiche technique décrit les exigences auxquelles doit répondre le Système Barofor Round.

Exemple d application du EN : Poutre fléchie avec section tubulaire reconstituée

Expertise et Innovation Technologique en Plasturgie

Etanchéité à l air dans la construction bois. Marc DELORME Inter Forêt-Bois 42

Auscultation par thermographie infrarouge des ouvrages routiers

Prospectus 2006/23F. SERRER. VISSER. BRIDER. La garantie du service. Système de positionnement pour le marquage laser.

Système d énergie solaire et de gain énergétique

SOCIETE NATIONALE DES CHEMINS DE FER BELGES SPECIFICATION TECHNIQUE

Présentée devant. Pour obtenir. École doctorale des sciences de l ingénieur de Lyon : Spécialité : Par

ESCALIERS ESCAMOTABLES. Catalogue - Tarif TOUT LE SAVOIR FAIRE DE L INVENTEUR DE L ESCALIER ESCAMOTABLE

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

À propos de Phenix Systems

L éco-conception entre donneur d ordres et PME ou comment changer nos habitudes dans l évaluation des technologies en aéronautique Projet CORINE

SYSTÈME DE DALLE ACTIVE ACTIV+ TEMPÉRISATION DE DALLE POUR CHAUFFER OU RAFRAÎCHIR LE CONFORT POUR LE TERTIAIRE

Chapitre 11 Bilans thermiques

GSE AIR SYSTEM V3.0 L indépendance énergétique à portée de mains

Fiche technique Mai, 2011 Dernière version : Oct Produits transparents : SJ 3460 : non adhésif SJ 3560 : Muni d un adhésif acrylique VHB

Communiqué de presse

Adhésif structural pour le collage de renforts

On peut être «lourd» et agile!

Etude Expérimentale d un Echangeur Thermique en Polypropylène Application au Conditionnement des Aquariums

Monitoring et suivi du comportement des chaussées

Des innovations avec des matériaux plastiques haute performance. La gamme complète en PTFE, une gamme leader.

Le triac en commutation : Commande des relais statiques : Princ ipe électronique

INFLUENCE de la TEMPERATURE. Transition ductile/fragile Choc Thermique Fluage

Fauteuil dentaire monté vers le haut, Modèle CARE-22

2.7 Le bétonnage par temps chaud par temps froid

SSNV143 - Traction biaxiale avec la loi de comportement BETON_DOUBLE_DP

Banc d études des structures Etude de résistances de matériaux (RDM) et structures mécaniques

«SERVICES D INGENIERIE»

Haute Ecole de la Ville de Liège. Institut Supérieur d Enseignement Technologique.

Classement selon la Directive EU 1999/45/EC Pour plus d information, voir nos fiches de données de sécurité (MSDS)

Le partenaire de votre innovation technologique

Whitepaper. La solution parfaite pour la mise en température d un réacteur. Système de régulation. Réacteur. de température

Optimisation des performances d échangeurs de chaleur.

P M L R O G W. sylomer. Gamme de Sylomer Standard. Propriétés Méthode de test Commentaires. Polyuréthane (PUR) Cellulaire mixte

kst ag Module thermoactif klima system technologie klima system technologie

Normes CE Equipements de Protection Individuelle

Les Fibres naturelles pour les architectes - La réaction au feu des matériaux à base de fibres naturelles

RAPPORT COMPLET D'ETUDE DUALSYS

Version 1. Demandeur de l étude : VM - BETON SERVICES 51 Boulevard des Marchandises L'HERBERGEMENT. Auteur * Approbateur Vérificateur(s)

Eau chaude Eau glacée

Tous les produits de la gamme SAF offrent des résistances :

Le MeiLLeuR RappORt qualité-prix

Marquage laser des métaux

N09 Viaduc de Chillon

MAGTROL. Frein à courant de Foucault haute vitesse WB 23. WB 23 Fiche Technique CARACTÉRISTIQUES COMMANDE PAR PC DESCRIPTION

CONTRÔLE PAR THERMOGRAPHIE INFRA-ROUGE DES DOUBLES SOUDURES AVEC CANAL CENTRAL DES GÉOMEMBRANES PLASTOMÈRES

DROUHIN Bernard. Le chauffe-eau solaire

A apposer sur tout produit mis sur le marché européen. A la fois un symbole, une déclaration et une attestation de conformité à une Directive

Et si l avenir de votre CFD passait par OPEN FOAM?

Thermorégulateurs Easitemp 95 et 150 eau. La solution compacte & économique

Défauts dan les sachets souples état date stérilisables en autoclave nouveau 31/05/2002 Caractérisation et classification

Styrodur C, un XPS exempt de CFC, HCFC et HFC. De l air, tout simplement. Ecologique, tout simplement.

Rt 5. L isolant Thermo-réfléchissant. Isolation Maximum... Épaisseur Minimum! Système de recouvrements plats

LA CONCEPTION AU SERVICE DE L'INNOVATION

SALLE DE BAIN, DOUCHE, PLAN DE TRAVAIL CUISINE, PISCINE... Collage et jointoiement. L Epoxy facile

La diversité de nos fabrications et l esprit qualitatif appliqué à nos réalisations nous ont permis d évoluer en

CORAC : Appels à partenariat Propulsion

Simulation numérique des procédés de fabrication composites Outils de simulation numérique et ateliers de démonstration

EPREUVE DE TIPE- PARTIE D

Défauts dan les sachets souples état date stérilisables en autoclave nouveau 31/05/2002 Caractérisation et classification

FUSION PAR CONFINEMENT MAGNÉTIQUE

DOSSIER D INFORMATION

Solution de Stockage

The Tropical Warm Pool-International Cloud Experiment TWP-ICE

PROTECTION DU CORPS INfORmaTIONS TEChNIqUES

Dalle Activ Kerkstoel Activation du noyau de béton

La fabrication des objets techniques

Vis autoperceuses Vissage direct en une seule opération

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

Elaboration de Fer à Béton

Systèmes de ventilation double flux CWL

Simplement mieux. S y s t è m e d e p lo m b e r i e Q u i c k & E a s y. Uponor France 35, rue du Mollaret Saint-Quentin-Fallavier France

Applications de l isolation en polyuréthanne La solution d aujourd hui aux besoins de demain

Etude expérimentale et numérique de la Sédimentation/Consolidation de sols à très forte teneur en eau

Hosting Eolas : Build & Run actif

RAPPORT D ENQUETE DE TECHNIQUE NOUVELLE

Mise en Forme des Matériaux Polymères Polymer Processing. Philippe Cassagnau

Entreprise de charpente :

CUT 200 ms/sp CUT 300 ms/sp CUT 400 Sp

C Nias Dual. Chaudières murales à tirage forcé, foyer étanche et ballon eau chaude sanitaire. chaleur à vivre. Nord Africa

NOTICE D UTILISATION

[Colonnes mixtes acier-béton préfabriquées ORSO-V] Colonnes ORSO-V pour exigences statiques les plus élevées et dimensionnement efficace.

Bridages Renishaw Votre source unique de bridages pour la métrologie

O v e r a l l e x p e r t i s e i n t h e m a i n t e n a n c e o f p l a t e s h e a t e x c h a n g e r s

SyScroll Air EVO Pompes à chaleur réversibles

Domosol : Système solaire combiné (SSC) de production d eau chaude et chauffage

ANNEXE J POTEAUX TESTÉS SELON UN CHARGEMENT STATIQUE ET TESTÉS SELON UN CHARGEMENT CYCLIQUE ET STATIQUE

Experts & partenaires pour une offre globale haute performance

Transcription:

Analyse, modélisation et simulation de l apparition de contraintes en fusion laser métallique Laurent VAN BELLE Jean-Claude BOYER Guillaume VANSTEENKISTE Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE Financement : Thèse CIFRE Entreprise : Pôle Européen de Plasturgie Laboratoire : LaMCoS (INSA de LYON)

Plan Introduction Le PEP Contexte Etude du matériau : l acier maraging Dilatométrie Essais de traction à chaud Modélisation du procédé Analyse thermique et mécanique Etude de différentes trajectoires laser Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Conclusions et perspectives Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE

EXPERTISE INJECTION DES THERMOPLASTIQUES & mise en forme des composites MOTS & CHIFFRES CLES Centre technique et d innovation en plasturgie et composites Expertise en injection des thermoplastiques. Expertise en composites. 2 sites : Oyonnax et le Bourget du Lac. Agréé Crédit Impôt Recherche (CIR). Certifié ISO 9001- v2008. Objectif : Améliorer la compétitivité de l industrie nationale par l innovation et la mise à disposition de moyens technologiques pour les industriels (plateformes). Stratégie : Recherche mutualisée. Démarche de plateforme. Année Effectif global CA prestations CA global 2007 45 1,9 M 4,2 M 2008 50 2,4 M 4,8 M 2009 46 1,8 M 4,6 M 2010 48 2,6 M 5,9 M 75 collaborateurs (chercheurs, ingénieurs, techniciens) 20 personnes dédiées à la recherche (25 projets de recherche). 2011 55 3 M 6,3 M 2012 55 3,5 M 6,7 M Chiffre d affaires 2012 : 8 M (intégrant COMPOSITEC) 50 % en Recherche & Développement (sous contrat ou collaboratif) 50 % en services aux entreprises Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE

EXPERTISE INJECTION DES THERMOPLASTIQUES & mise en forme des composites MOTS & CHIFFRES CLES LES 5 BUSINESS UNIT 5 axes de R&D ou Lignes Programmes Outillages avancés Produits hybrides «composites fibres continues / techno polymères» Optimal design Recyclage des polymères Microsystèmes sur plastique Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE

CLIENTS & MARCHES 22% MARKET SHARE 30% AUTOMOBILE 5% AERONAUTIQUE / DEFENSE MEDICAL EMBALLAGE 8% CONNECTIQUE 10% 20% DIVERS Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE

RESEAU & PARTENAIRES Le PEP au cœur d un réseau européen : Partenaires français : Partenaires Européens : centres R&D en plasturgie et outillage Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE

1. Introduction Présentation du procédé de fusion laser sélective (SLM) Application Conformal cooling EOS M270 Moule d injection pour un vase d expansion automobile / Moule réalisé par l entreprise TECHNIMOLD Oyonnax / Projet UFFO Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE

1. Introduction Problématique Importants gradients thermiques Déformations plastiques Champs de contraintes hétérogènes Apparition de fissures Objectifs Caractérisation thermique, structurale et mécanique du matériau et du procédé Simulation thermomécanique de la fusion laser Qualifier la tenue mécanique des pièces dont la fatigue Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 8

2. Etude du matériau : l acier maraging Essai de dilatométrie (1000 C/s de vitesse de chauffe) 1000 C/s Température chgt phase ( C) As 646 Af 708 Ms 180 Phase α (/ C) Martensite 14 x 10-6 Austénite 20 x 10-6 Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 9

2. Etude du matériau : l acier maraging Essai de traction à chaud Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 10

3. Modélisation Physique du procédé et mise en données sous ABAQUS Phénomènes physiques proche du soudage Calculs découplés : Calcul thermique puis mécanique Programme VBA pour générer fichier.inp Matériau à l état de poudre et de solide Mise à jour des conditions aux limites Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 11

3. Modélisation Mise en données thermiques et mécaniques 3D Conditions aux limites thermiques dépendantes du temps Flux de chaleur : Convection et rayonnement: Paramètres laser Puissance 200 W Rendement 10 % Diamètre du faisceau 100 µm Vitesse 1000 mm/s Données thermiques matériaux ρ poudre = 4000 kg/m 3 ρ solide = 8000 kg/m 3 C p poudre = 450 J/kg. C λ poudre = 0.25 W/m. C C p solide = 450 J/kg. C λ solide = 15 W/m. C Eléments parallélépipediques (dimensions : 0,1 x 0,1 x 0,04 mm) Ecrouissage isotrope non-linéaire (données maraging) Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 12

3. Modélisation Simulation thermique et mécanique 3D Evolution de la température et de la contrainte de Von Mises Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 13

3. Modélisation Etude de différentes trajectoires laser Voir son influence sur les contraintes résiduelles? Aller retour : AR Spirale vers intérieur: SPI Spirale vers extérieur: SPE Aller retour par point : ARP Aller retour éloigné : ARE Zigzag : ZZ Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 14

3. Modélisation Etude de différentes trajectoires laser Comparaison des champs de température Aller /retour Spirale intérieure Spirale extérieure Point / point Aller / retour espacé Zigzag Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 15

3. Modélisation Etude de différentes trajectoires laser Comparaison des contraintes de Von Mises (vue en coupe) Aller /retour Spirale intérieure Spirale extérieure Point / point Aller / retour espacé Zigzag Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 16

3. Modélisation Etude de différentes trajectoires laser Comparaison de la déformation plastique cumulée (vue en coupe) Aller /retour Spirale intérieure Spirale extérieure Point / point Aller / retour espacé Zigzag Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 17

4. Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Principe Analyser l apparition des contraintes résiduelles lors du procédé SLM Différentes méthodes expérimentales existes: Méthode par diffraction de neutron ou de rayon X Méthode du perçage incrémental Méthode du retirement de couches successives Les jauges de déformation, fixées à l opposé des couches retirées, permettent d enregistrer les déformations en direct Calcul des contraintes internes grâce au principe de l équilibre mécanique Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 18

4. Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Supports instrumentés et équipements Essais portant sur 3 supports instrumentés (Rosette, thermocouple type K) Epaisseur couche Temps refroidissement Hauteur créée Support 1 40 µm 8 s 10 mm Support 2 20 µm 34 s 5 mm Support 3 40 µm 34 s 10 mm Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 19

4. Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Mesures des déformations et de la température (support 2) Débridage Refroidissement final Lissage Température assez constante (82 C) Etat de contraintes biaxiales (défomation maximum de 2000 µm/m) Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 20

4. Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Contraintes internes pour les 3 supports Support 2 (20 µm / long refroidissement) donne les plus hautes valeurs de contraintes (700 MPa) Epaisseur finale Pièce créée Hauteur fusionnée Hauteur du support Support Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 21

4. Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Contraintes internes avant et après débridage (flexion) Prise en compte du débridage de la plaque Support 2 Support 3 Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 22

4. Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Mesure des déflections des supports Analyse des géométries des 3 supports déformés avec le bras de mesure ROMER Les coordonnées des points mesurés sont interpolées avec une spline 2D sous MatLab Bras de mesure ROMER Echantillon Fixation Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 23

4. Mesures expérimentales des contraintes et des déflections Mesure des déflections des supports Mauvais bridage lors du procédé T ref 34 s Epaisseur couche 20 µm T ref 34 s Epaisseur couche 40 µm T ref 8 s Epaisseur couche 40 µm Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 24

5. Conclusions et perspectives Conclusions Caractérisation de l acier maraging Mise en place d un modèle numérique permettant de simuler le procédé SLM Contraintes résiduelles élevées à l interface pièce / support et dans la dernière couche solidifiée Influence de la trajectoire laser sur la déformation plastique cumulée Les mesures expérimentales donnent une estimation des contraintes dans la pièce et le support Contraintes résiduelles élevées dans le cas d une épaisseur de couche de 20 µm et un long temps de refroidissement entre 2 couches successives Perspectives Etude de différents types de support (embase, colonnes) Code «maison» en explicite pour gagner du temps de calculs Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 25

Merci de votre attention Laurent VAN BELLE - Jean-Claude BOYER - Guillaume VANSTEENKISTE 26