Direct manufacturing of 3D objects by selective laser melting of metal powders
Institution:
Saint-EtienneDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The accomplished doctoral study concerns the interaction of the powerful laser radiation with powder metallic materials. The problem is of a great scientific interest, since it is a multi-disciplinary subject integrating powder metallurgy, thermo-physics, radiation and heat tranfer, phase transformations. Along with this, the subject has a considerable practical interest because Laser-assisted Direct Manufacturing based on Selective Laser Melting (SLM) is an emerging technology for manufacturing 3D functional objects with great added value, and also complex customized parts. Systematic study is accomplished for the powder materials currently employed in laser-assisted direct manufacturing : stainless steel 316L (-25 µm), tool steel H13 (-25 µm), Inconel 718 (-25 µm), CuNi10 (-25 µm), titanium grade 2 (-25 µm) and NiTi (-45 µm) ; stainless steel 904L (-16 µm et -7 µm), Inconel 625 (-16 µm), Co212F (CoCr, -31 µm). The above mentioned powders were employed in the experimental study for fabrication of 2D planar objects, 3D models and functional components. Comprehensive experimental research on laser-matter interaction are carried out for interaction of a powerful (0. 3-1. 3x106 W/cm²) moving laser beam with a complex system « metallic powder on solid metallic substrate ». Manufacturing strategies allowing 100% density on the fabricated objects are found. Optimal parameters for stable SLM process are determined
Abstract FR:
L'objectif principal de la thèse de doctorat présentée dans ce mémoire est l'étude de l'interaction d'un faisceau laser de puissance avec des poudres métalliques. Le sujet est d'un grand intérêt scientifique par sa multidisciplinarité intégrant la métallurgie de poudres, la physique thermique, le transfert de chaleur et radiatif, la transformation de phases. En même temps, le sujet a une signification pratique considérable car la Fabrication Directe par fusion laser sélective des poudres (SLM) est une technologie émergente de fabrication d'objets 3D avec une grande valeur ajoutée et de pièces fonctionnelles complexes sur mesure. Une étude systématique a été réalisée sur les poudres actuellement utilisées dans la Fabrication Directe assistée par laser : Inox 316L (-25 µm), acier d'outillage H13 (-25 µm), Inconel 718 (-25 µm), CuNi10 (-25 µm), Ti grade 2 (-25 µm) et NiTi (-45 µm) ; Inox 904L (-16 µm et -7 µm), Inconel 625 (-16 µm), Co212F (CoCr, -31 µm). A partir de ces poudres, des objets plats 2D, des modèles 3D et des pièces fonctionnelles ont été fabriqués. Des recherches expérimentales approfondies sur l'interaction laser/matière sont effectuées, plus particulièrement sur l'interaction d'un faisceau laser de haute puissance mobile (0. 3-1. 3x106 W/cm²) avec un système complexe de poudres métalliques sur substrat métallique solide. Les stratégies de fabrication permettant d'obtenir la densité 100% de pièces résultantes sont identifiées. Les paramètres optimaux pour assurer la stabilité du procédé SLM sont définis