Fédération francilienne de mécanique

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Procédés de fabrication des matériaux et des structures

Animateur : Patrice Peyre

lundi 27 mai 2013, par Samuel Forest

Contact : Patrice Peyre

L’acquisition récente d’équipements dans plusieurs laboratoires de la fédération, la conjonction avec certaines approches de mécanique des matériaux hétérogènes et l’acceptation de projets ANR regroupant des partenaires de la fédération nous amènent à souhaiter mettre en avant ce thème pour 2010-2018 jusqu’à en faire émerger un véritable projet fédératif autour des lasers de puissance pour le prototypage, l’usinage et les revêtements de surface. Il s’agit d’un objet réellement nouveau pour la mécanique des matériaux, des structures et des procédés, à double titre. D’abord, l’optimisation des procédés de frittage, d’usinage et de revêtement qui arrivent aujourd’hui à maturité,
nécessite naturellement une modélisation mécanique pour la prévision des contraintes résiduelles et des géométries finales des produits, ainsi que l’estimation de leur durée de vie. Ces simulations de procédés sont d’une difficulté redoutable en raison des couplages multiphysiques en jeu : thermomécanique des fluides et des solides, changements de phases. L’enjeu de la simulation de procédés est la compréhension des mécanismes à l’oeuvre, la prévision des microstructures obtenues et, à terme, l’industrialisation véritable de ces techniques. Ensuite, ces technologies sont suffisamment mûres pour servir de terrain d’expérimentation pour la mécanique des
matériaux hétérogènes et des structures. C’est là sans doute le volet le plus original de cette partie du projet. Le prototypage par frittage laser de poudres permet de concevoir et de réaliser des composants industriels centimétriques en matériaux métalliques ou polymères avec une résolution atteignant 50 micromètres. Il peut donc être utilisé aussi pour réaliser des microstructures ou millistructures à architecture contrôlée (réseaux périodiques, milieux poreux aléatoires ou périodiques, multicouches...) et optimiser la microstructure pour des propriétés thermomécaniques visées. Une même architecture peut être déclinée sous forme métallique ou polymérique suivant les applications de structures ou de génie civil voulues. Les propriétés thermomécaniques d’architectures
de types mousses peuvent être étudiées pour plusieurs matériaux de base (métaux purs et alliages) et confrontées aux prévisions théoriques de la mécanique des milieux hétérogènes. Enfin, les matériaux modèles de validation des approches micro ou millimécaniques deviennent disponibles sur commande numérique. C’est cette double
attente, celle des spécialistes des procédés envers les mécaniciens pour la prévision des propriétés finales du produit et celle des mécaniciens pour la fabrication de microstructures optimales ou inédites qui justifie l’affichage de ce thème au sein de la fédération et la volonté de construire dans ce cadre un projet fédératif de recherche.
Des équipements de frittage laser à partir de poudres métalliques ou polymères, ainsi que de dépôts et revêtements de surface sont (seront pour certains) disponibles au CdM. Une machine de frittage laser est instrumentée pour étudier les déformations et les températures locales en cours d’élaboration pour la compréhension des phénomènes en jeu et la validation de la simulation numérique. Des équipements de revêtement et d’usinage sont quant à eux utilisés à l’ENSAM. Le LSPM possède l’expertise laser pour la spectrométrie en particulier. Des équipements d’élaboration à partir de poudres sont en cours d’installation à l’ONERA.

Une communauté d’intérêts a émergé au sein des équipes suivantes de la fédération : PIMM,CdM, ONERA, LPMTM. L’ONERA est active dans le domaine de l’optimisation des
microstructures pour les propriétés thermiques, mécaniques et acoustiques dans l’aéronautique (assemblages de sphères brasées par exemple).