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SUJET POURVU - Prévision de l'état résiduel et microstructural pour la fabrication additive par dépôt de fil métallique à l'arc (WAAM : Wire Arc Additive Manufacturing)

SUJET POURVU - Prévision de l'état résiduel et microstructural pour la fabrication additive par dépôt de fil métallique à l'arc (WAAM : Wire Arc Additive Manufacturing)

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Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur

Directeur de thèse

MAZIERE Matthieu

Co-directeur de thèse

MISSOUM-BENZIANE Djamel

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactDjamel MISSOUM-BENZIANE
Date de validité

01/10/2018

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

fabrication additive, poudres métalliques, microstructure, déformation

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Résumé

Les procédés de fabrication additive par dépôt de fil métallique sont en plein essor car ils proposent des taux de dépose matière très élevés et minimisent les problématiques HSE liées à l'exploitation de poudres métalliques. Si ce procédé issu du soudage est bien connu, son exploitation sur des cellules robotisées pour fabriquer des pièces de grande taille ou ajouter des fonctionnalités par rechargement nécessite de développer des stratégies de dépôt adaptées aux pièces fabriquées pour garantir l'efficacité du procédé tout en minimisant les déformations, les contraintes résiduelles et garantissant la santé matière. Le travail de recherche proposé consiste donc à simuler le procédé de fabrication par dépôt de fil robotisé et de déterminer les conséquences sur la pièce produite, microstructure, contraintes et déformations.
Les travaux proposés s'inscrivent dans le cadre de la plateforme francilienne de fabrication additive « Additive Factory Hub » impliquant des industriels et des académiques. Les travaux seront principalement menés sur le site AFH du plateau de Saclay et feront l'objet d'échanges avec d'autres doctorants sur des sujets connexes sur les procédés de dépôt de fil et lits de poudres métalliques.

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Contexte

Les procédés WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing) de fabrication additive par dépôt de fil métallique à l'arc possèdent de nombreux atouts qui les rendent très attractifs dans diverses industries : procédé maitrisé, taux de dépose importants, peu de pertes de matières, bonne maitrise du bain liquide, etc. Cependant certaines problématiques sont à prendre en compte comme le besoin de maintenir de l'arc électrique, les projections, la géométrie des pièces en particulier dans la direction d'empilement et aux jonctions, les déformations, etc. Afin d'aider la maitrise du procédé, notamment pour produire des pièces de bonne qualité (maitrise des déformations et contraintes résiduelles, maitrise de la microstructure produite), il est nécessaire de simuler le procédé tant du point de vue thermique et métallurgique que mécanique.
A l'instar du soudage, la difficulté réside dans la connaissance fine de la thermique, du grand nombre de cordons déposés et de la prise en compte de phénomènes métallurgiques (solidification, transformations de phase, restauration d'écrouissage, revenu, etc…). De plus, dans le cas des procédés WAAM, le nombre important de passes nécessite l'exploitation voire le développement de méthodes numériques performantes (par exemple : réduction de modèle pour les études paramétriques, méthodes multi-échelles, etc…).
Les travaux de recherches consisteront à proposer un modèle thermo-métallo-mécanique, efficace numériquement, capable de déterminer l'influence des paramètres opératoires sur l'état résiduel de la pièce et de prendre en compte les opérations de finition/parachèvement. Pour valider et alimenter les modèles numériques, des essais instrumentés sur des configurations représentatives seront conçus. Un soin particulier sera porté à l'instrumentation qui devra fournir suffisamment de données sur l'ensemble de la pièce et en cours de fabrication.

Ce modèle numérique pourra être exploité pour :
• définir des stratégies de fabrication optimisées (notamment pour les trajectoires) ;
• mettre au point les traitements thermiques adéquats en fin de fabrication permettant, de répondre au cahier des charges des utilisateurs finaux.

Ces modèles numériques seront exploités pour simuler les cas d'usage proposés par les partenaires industriels du projet (Safran, Vallourec, EDF) et serviront de supports de validation. Enfin, des caractérisations métallurgiques pourront être réalisées, pour examiner les textures et contrôler l'absence de défauts.

Encadrement

Directeur de thèse : Matthieu MAZIERE
Co-encadrant : Djamel MISSOUM-BENZIANE
Partenaire industriel : Additive Factory Hub, EDF,

Profil candidat

Profil type pour une thèse à MINES ParisTech: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.
Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :
Étudiants de M2 ou grandes écoles. Spécialité : mécanique (numérique) ou mathématiques appliquées.
• Compétences souhaitées :
- Bases solides en calcul par éléments finis, mathématiques appliquées et mécanique des milieux continus ;
- Connaissance des procédés de fabrication additive et soudage ;
- Développement de code informatique (Python, C/C++, etc.) ;
- Doté de capacités d'analyse, d'autonomie et d'un esprit d'initiative ;
- Capacité à travailler dans un projet collaboratif ;
- Aptitude à communiquer aussi bien à l'oral qu'à l'écrit (en français et anglais).

Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• Une attestation de niveau d'anglais

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Références

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Type financement

Convention CIFRE

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