Fusion laser sur lit de poudres et optimisation par traitements thermiques d'aciers martensitiques : Application aux moules d'injection plastique

L’impression 3D par fusion laser sur lit de poudres (LPBF) permet d’obtenir des empreintes de moule d’injection plastique disposant de canaux de refroidissement « conformal cooling ». Ces derniers, impossibles à obtenir avec des procédés conventionnels à cause de leur géométrie trop complexe, assurent un refroidissement rapide et homogène de la pièce injectée. Actuellement, l’acier de référence pour l’impression d’empreintes de moules est le maraging 18Ni300, réputé pour sa bonne imprimabilité et pour sa capacité à durcir après traitement thermique de vieillissement. Cet acier présente toutefois quelques inconvénients : sa forte teneur en nickel le rend coûteux ; le cobalt qu’il contient peut avoir un effet délétère sur la santé en cas d’inhalation ; et il n’est pas inoxydable. Ainsi, l’objectif de cette thèse a été d’identifier de potentielles alternatives au maraging 18Ni300. Pour cela, dans un premier temps, l’imprimabilité en LPBF de huit poudres d'aciers (deux maraging inoxydables, deux martensitiques Fe-C non-inoxydables et quatre martensitiques inoxydables) a été évaluée au regard de leurs défauts internes et de surface (par tomographie aux rayons X), de leur microstructure (microscopie optique, électronique et diffraction des rayons X), et de leurs propriétés mécaniques statiques (résilience Charpy, dureté HRC). L’influence du carbone sur l’imprimabilité a également été mise en évidence grâce à la réalisation de cordons de fusion sur un échantillon à gradient de teneur en carbone. Cette étude illustre le rôle majeur de l'austénite résiduelle pour l'obtention de pièces sans fissures. Dans un deuxième temps, une fois les aciers les plus intéressants sélectionnés, l’influence de traitements thermiques après fabrication LPBF sur les microstructures et sur les propriétés mécaniques monotones (dureté, résilience, traction) et cycliques (fatigue par flexion rotative) a été évaluée.