Bienvenue aux Mines Paristech
Bienvenue à MINES ParisTech
Newsletter International
Website
Théorie & Pratique
Vous êtes

webTV

Lecture

Modéliser pour préparer l'expérience

Lecture

Créer de la musique à partir de gestes dans l'espace

Lecture

Electromagnetic forming process for metallic pieces

Lecture

David Ryckelynck | Entretiens de Toulouse 2015

Lecture

L'intégration du stockage dans un réseau électrique durable

+ Toutes les vidéos

Partager

Simulation numérique du procédé de fabrication additive SLM

Simulation numérique du procédé de fabrication additive SLM

Proposition de thèse

SpécialitéMécanique numérique et Matériaux
Ecole doctoraleSFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Directeur de thèseBELLET Michel
Co-directeur de thèseGUILLEMOT Gildas
Unité de rechercheCentre de Mise en Forme des Matériaux
Contact
Site Webhttp://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-5024
Mots-clésFabrication additive, Simulation numérique, Transfert d'énergie, Mécanique des fluides, Solidification, Eléments Finis
RésuméLe CEMEF a développé ces dernières années deux approches de simulation numérique pour le procédé LBM. Une approche locale, à l'échelle du dépôt incrémental de matière (Chen et al., 2017), et une approche globale, à l'échelle de la pièce à fabriquer additivement (Zhang et al., 2017). Les deux approches sont développées dans la librairie C++ CimLib du laboratoire et sont basées sur des approches éléments finis 3D, avec un formalisme de suivi d'interfaces par fonctions level-set et un remaillage automatique et adaptatif. En effet, ces approches se révèlent nécessaires pour s'assurer du suivi correct du développement du cordon durant l'intégralité du déplacement des sources laser. Les différents solveurs utilisés dans ces modélisations sont parallélisés pour permettre un développement des simulations en des durées réduites. C'est la première de ces deux approches (échelle locale) dont les développements seront poursuivis dans le cadre de ce projet.

L'objectif est de développer une modélisation du transfert de l'énergie du laser par rayonnement en direction du lit de poudre et de la zone fondue (dont la surface sera courbée du fait, notamment, de la vaporisation). Par ailleurs, l'effet Marangoni (force motrice tangentielle à la surface du bain) sera considéré. Son intégration dans le logiciel CEMEF est déjà effective mais n'a pas encore été testée dans le contexte de matériaux métalliques pour lesquels la viscosité est plus faible et l'effet Marangoni plus prononcé que pour les céramiques étudiées par Chen et al.. La vaporisation partielle de l'alliage métallique sera prise en compte au moyen de l'application d'une contrainte normale à la surface du bain ('pression de recul'). De plus, on intègrera l'interaction entre la vapeur métallique et le gaz de protection, dont les effets significatifs sont observés expérimentalement aujourd'hui sur les pièces fabriquées. En particulier, on devra regarder ses conséquences sur les transferts effectifs d'énergie.

Le doctorant recevra une formation et développera ses capacités dans le domaine de la mécanique numérique appliqué aux fluides, et du transfert d'énergie. A l'issue de la thèse, il pourra exploiter ses compétences acquises dans les secteurs R&D de très nombreux domaines industriels : aéronautique, spatial, énergie, métallurgie …
ContexteL'étude est intégrée au programme 'Additive Factory Hub' réunissant plusieurs partenaires industriels (dont Safran) et universitaires (dont les Mines de Paris et les Arts et Métiers, pour ParisTech).
Le procédé, dont la modélisation numérique est visée, est la fusion sélective par laser de lit de poudre, procédé dit LBM ou SLM (laser beam melting ou selective laser melting). En particulier, la compréhension de l'interaction laser-matière est un préalable indispensable à l'optimisation du procédé dans le cadre de l'élaboration de pièces industrielles fiables.
En effet, le processus de fusion, et par conséquence la formation du cordon solide, sont directement liés à cette interaction. Cette dernière est également connue pour avoir des effets non négligeables sur la qualité des pièces élaborées (porosités, structure métallurgique, scories…). Il apparait ainsi nécessaire d'investiguer le développement cette interaction laser/matière, à l'échelle du cordon formé, et ses conséquences potentielles, pour améliorer la conduite du procédé SLM.
Sur cette thématique, Safran finance deux projets de thèse en interaction forte:
- une au laboratoire PIMM (Arts et Métiers ParisTech), principalement centrée sur l'étude expérimentale, les mesures et observations associées,
- l'autre au CEMEF (Mines ParisTech), centrée sur la modélisation et la simulation numérique du procédé, et correspondant à la description du présent sujet.
L'objectif global est de s'appuyer sur l'expertise des deux laboratoires (en termes de connaissance du procédé, de moyens d'expérimentation, d'observation, de mesures, et de simulation numérique/modélisation des processus physiques) pour étudier l'interaction laser-matière. On cherchera en premier lieu à aboutir à une simulation numérique fiable – validée par des essais instrumentés – utilisable pour étudier l'impact des conditions opératoires sur la stabilité du bain et de la forme des dépôts (cordons).
Encadrement...
Domaine(s)Domaine aéronautique et spatial (mais travaux ayant des retombées plus générales dans de nombreux domaines industriels utilisant la fabrication additive).
Profil candidatIngénieur / Master2 en mécanique, matériaux ou mathématiques appliquées, attiré par la simulation numérique. Connaissances en sciences des matériaux et changement de phase appréciées.
ObjectifL'objectif est de développer une simulation numérique, à l'échelle du dépôt incrémental de matière, des phénomènes gouvernant la fabrication additive par procédé SLM. Les travaux se focaliseront sur l'absorption de l'énergie par le métal, la tension superficielle, l'effet Marangoni, la vaporisation de métal.
Références...
Type financementConvention CIFRE

Retour à la liste des propositions

actualité

Le Rapport d'activité 2016 est en ligne

Formation Le Rapport d'activité 2016 est en ligne C'est par un éditorial à deux voix que s'ouvre le…
> En savoir +

Des conditions d'études optimales

Formation Des conditions d'études optimales Un faible "ratio étudiants / personnels encadrants" peut…
> En savoir +

Les matériaux à l'honneur

Formation Les matériaux à l'honneur Le Prix Bodycote de la SF2M récompense deux jeunes docteurs de l'École. La SF2M…
> En savoir +

Deux prix CSMA en

Formation Deux prix CSMA en "calcul des structures" Lors du 13 e colloque national en calcul des structures , à…
> En savoir +

Nadia Maïzi : « 2050 se façonne aujourd'hui »

Formation Nadia Maïzi : « 2050 se façonne aujourd'hui » Quelles énergies dans le monde pour 2050 ? Nadia Maïzi ,…
> En savoir +

+ Toutes les actualités

agenda

Du 31 août au 1 septembre 2017 Deans' Forum 2017

Du 31 août au 1 septembre 2017 Deans' Forum 2017

+ Tous les événements

contact

Régine MOLINS
Direction de l'Enseignement
Service du Doctorat
> envoyer un mail

Plan du site
MINES
ParisTech

60, Boulevard Saint-Michel
75272 PARIS Cedex 06
Tél. : +33 1 40 51 90 00

Implantations
Formation
Mentions légales | efil.fr | ©2012 MINES ParisTech | +33 1 40 51 90 00 |