LPBF manufacturing of Random Porous AlSi10Mg : relation process - structure - mechanical properties

Fabrication LPBF de matériaux poreux désordonnés en AlSi10Mg : relation procédé - structure - propriétés mécaniques Les matériaux architecturés ont récemment connu un essor significatif grâce à l'avènement de la fabrication additive (FA), qui permet la création de designs complexes jusqu'alors impossibles à fabriquer par voie conventionnelle. Les matériaux architecturés métalliques sont particulièrement attractifs car ils allient les propriétés avantageuses des métaux à une architecture optimisée. Cette combinaison unique permet des développements innovants dans des domaines, comme l'énergie, les transports ou la santé. Aujourd'hui, ces structures métalliques sont produites à partir de divers alliages, principalement par des procédés de fusion sur lit de poudre, utilisant soit un laser soit un faisceau d'électrons comme source de chaleur. Cependant, la fabrication de structures métalliques complexes et de petite échelle pose des défis importants en raison des phénomènes se produisant à différentes échelles lors de la fabrication. En effet, les recherches sur les matériaux architecturés métalliques ont révélé des écarts importants entre les propriétés observées et celles prédites sur la base du design initial et du matériau de base. Ce problème est particulièrement marqué pour les structures périodiques, dont les performances se retrouvent sensiblement diminuées par rapport aux prédictions initiales. Concernant les structures non périodiques, en revanche, la littérature manque cruellement de données. Cette thèse explore une forme innovante d'architecture désordonnée fabriquée via le procédé de fusion laser sur lit de poudres (LPBF). Ces matériaux sont constitués de pores traversants dispersés aléatoirement au sein d'une matrice AlSi10Mg.Ce travail étudie la fabrication de ces structures complexes par LPBF et son impact sur leurs propriétés structurales et mécaniques. L'étude structurale emploie des techniques de traitement d'images pour l'analyse des structures géométriques et de la microscopie électronique à balayage (MEB) pour la caractérisation des microstructures. Les propriétés élastiques sont évaluées parallèlement par voies expérimentales, notamment via des essais de nanodureté, traction et compression, ainsi que par des analyses numériques via modèles éléments finis (FE). L'impact des paramètres du procédé sur les défauts à différentes échelles est étudié. Parmi ces paramètres, la stratégie de balayage des contours s'avère particulièrement cruciale. Un modèle FE représentatif des structures telles que fabriquées est développé pour analyser numériquement leurs propriétés élastiques. Les études expérimentales et numériques montrent que les structures restent résilientes aux défauts géométriques, conservant une relation densité-propriété cohérente avec la limite supérieure de Hashin-Shtrikman. De plus, ces structures imparfaites conservent leur isotropie dans le plan, malgré les variations de la géométrie des pores. Ces travaux apportent des éclairages ainsi que des outils sur l'influence du procédé de fabrication sur les propriétés des pièces de petites dimensions et de formes complexes. Les résultats suggèrent que les structures désordonnées sont plus résilientes aux défauts que les structures périodiques, soulignant la nécessité de davantage de recherche et développements sur les structures non périodiques.