Arts&MétiersMag - N°433 - Février 2022 - 24

EXPERTISE TECHNIQUE
L'IMPRESSION C'EST BIEN,
LA FINITION
C'EST MIEUX
CATHERINE
SANJEU a réalisé
sa thèse de doctorat
sous la direction du
Dr Jean-Lou Lebrun
(An. 170), alors
maître de
conférences à
l'Ensam, sur la
problématique des
traitements
thermomécaniques
de surface
métalliques à l'aide
de lasers CO2
continus et de laser
impulsionnels. Sa
thèse a été financée
par un contrat Cifre
avec PSA. Après un
passage chez PSA,
Catherine Sanjeu a
cofondé Armélio (1)
en 2011, société
spécialisée en
ingénierie
scientifique et
technologique, en
vue de mettre la
physique au cœur
de l'analyse des
produits et des
procédures de ses
clients pour lever
les verrous.
Aujourd'hui,
Armélio (Envirprod
SAS) est implantée
sur le plateau de
Saclay, au campus
de l'Espace
(Vernon) et à
Grenoble.
(1)
Catherine Sanjeu, cofondatrice d'Armélio, continue à démontrer que la physique sait se mettre
au service de l'industrie. Ce mois-ci, elle aborde la fabrication additive, encore freinée
par quelques verrous technologiques, notamment sur la qualité de l'état de surface.
Armélio a identifié des choix de finition intégrés à la démarche d'impression 3D dont le coût est
moindre que celui de machines spécifiques avec un temps de cycle aussi compétitif.
L
'impression 3D ou fabrication additive se distingue
des autres procédés par le fait qu'elle forme des
pièces constituées de divers matériaux par dépôt de
matière couche après couche sans recourir à des
outils. Les procédés d'impression 3D métallique
sont regroupés en deux grandes familles : la fusion sur lit
de poudre (Power Bed Fusion, PBF) et le dépôt sous énergie
concentrée (Direct Energy Deposition, DED).
Actuellement, les industriels cherchent à réduire les coûts
et le temps nécessaires à cette technologie et, surtout, à lever
l'un des derniers verrous majeurs à sa diffusion : la
qualité de l'état de surface des pièces.
LES DÉFAUTS JOUENT SUR
LE COMPORTEMENT
La surface d'un matériau est le siège
de nombreuses interactions avec l'environnement.
Les propriétés physiques
et chimiques des surfaces
jouent un rôle déterminant sur le
comportement en service des pièces.
En raison de la fusion, de la solidification
et du réchauffage répétés et périodiques
des couches, la fabrication additive
entraîne des déformations élastiques,
plastiques et visqueuses qui affectent la santé
de la matière et conduisent à des états de surface
de rugosité élevée. Les défauts de surface influencent
également le comportement en fatigue
des pièces. Des fissures sont susceptibles de s'y
amorcer, conduisant même parfois à la rupture
du composant.
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N°433 / février 2022
par Murakami (et al.), l'effet d'un défaut de surface sur la
fatigue a été évalué selon le modèle suivant :
K = 0.65
area
Avec :
: contrainte appliquée (MPa)
area : surface de la zone du défaut (µm)
K : facteur d'intensité de contrainte (MPa . µm1/2
)
RÉDUIRE ONDULATION ET RUGOSITÉ
La plupart des procédés d'impression 3D nécessitent donc
une ou plusieurs opérations de parachèvement pour
modérer les contraintes issues de l'impression
et améliorer l'état de surface. Ces deux actions
permettront d'obtenir une pièce
dont la géométrie respectera exactement
les cotes de conception et la durée
de vie en service conforme à la
spécification. Cependant, les étapes
de post-traitement réduisent la compétitivité
économique de l'impression
3D : cycle allongé, investissement en
machines, etc. Il s'agit donc d'identifier
les meilleures solutions de finition selon
Pièce métallique
obtenue
par fabrication
additive.
Le nombre et la morphologie des défauts dépendent du
procédé d'impression. Dans la littérature, il existe de nombreux
modèles pour évaluer l'influence des défauts (états
de surface) sur la fatigue. Par exemple, dans une étude menée
les grands enjeux de l'industrie.
Pour réduire les contraintes résiduelles dans
la pièce, un traitement de détente est appliqué
après impression et, parfois, on recourt à un traitement
thermique spécifique pour ajuster les
propriétés du matériau. On parle ici de traitement
dans la masse. Pour optimiser ce type de traitement,
les ingénieurs d'Armélio mettent en œuvre
des simulations thermomécaniques et métallurgiques couplées
permettant d'optimiser les réglages d'impression. Un
seul essai de validation expérimental est nécessaire pour
garantir l'efficacité de l'opération. Ensuite, vient l'étape de
traitement de surface, appelée traitement de finition. C'est
P
H
O
T
O
A
D
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B
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PHOTO DR

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