Conception de nouveaux alliages d'aluminium optimisés pour la fabrication additive par laser

Conception de nouveaux alliages d'aluminium optimisés pour la fabrication additive par laser

Réf ABG-127506
Sujet de Thèse

10/12/2024
Autre financement public

Laboratoire Georges Friedel UMR5307
Lieu de travail
Saint-Etienne - Auvergne-Rhône-Alpes - France
Intitulé du sujet
Conception de nouveaux alliages d'aluminium optimisés pour la fabrication additive par laser
Champs scientifiques
* Matériaux
* Numérique
* Sciences de l’ingénieur
Mots clés
métallurgie, conception numérique, fabrication additive, solidification


Description du sujet

Contexte et objectifs:

La fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre (LPBF) occupe une place croissante dans les secteurs de l’aéronautique et de l’automobile, grâce à sa capacité à produire des pièces métalliques complexes et légères. Les alliages d’aluminium, appréciés pour leur résistance spécifique élevée, présentent toutefois une sensibilité à la fissuration à chaud, notamment dans certaines nuances comme les 6061 et 7075, ce qui complique leur utilisation dans ce procédé. Le projet ANR « DALAILAMA » a pour objectif de concevoir un alliage d’aluminium optimisé pour ce procédé. Il permettra de réduire la fissuration, de contrôler la microstructure pour une homogénéité optimale et d'équilibrer la résistance et la ductilité. En s’appuyant sur une optimisation multi-objectifs intégrant des outils numériques et des essais in situ, un nouvel alliage répondant à ces exigences sera conçu. Des essais expérimentaux, incluant des fabrications instrumentées en LPBF avec des alliages modèles, permettront d’étudier la stabilité du bain de fusion et les phénomènes d’émissions de projections. Une fois l’alliage optimisé identifié, il sera produit à plus grande échelle afin d’évaluer ses performances mécaniques et microstructurales. Cette thèse s’inscrit pleinement dans ce projet, avec pour ambition de développer une méthodologie innovante capable d’accélérer la conception d’alliages adaptés aux défis spécifiques de la fabrication additive par LPBF.

La thèse sera principalement menée au Laboratoire Georges Friedel de l’École des Mines de Saint-Étienne pour effectuer des travaux de modélisation et de caractérisation, avec des déplacements dans les laboratoires partenaires pour réaliser des élaborations et des mesures in situ de la fusion des poudres, ainsi que pour les réunions d’avancement du projet.


Vos Missions:

Cette thèse vise à définir et à transcrire dans un ensemble de modèles physiques et thermodynamiques l’ensemble des critères nécessaires à l’évaluation des performances des alliages d’aluminium en fabrication additive. Ces critères de conception reposent sur le développement de modèles thermodynamiques et analytiques, en particulier pour prédire les séquences de précipitation et les propriétés thermo-physiques, à l’aide de scripts informatiques. L’ensemble de ces critères sert à définir les objectifs d’optimisation et les contraintes pour la conception d’un nouvel alliage. Trois grandes catégories de critères sont considérées : la microstructure et les phases, la stabilité du bain fondu, ainsi que la réduction des risques de fissuration à chaud. Dans un second temps, une optimisation multi-objectifs des compositions d’alliages est effectuée à l’aide d’un algorithme génétique pour identifier les compositions optimales. Bien qu’une base de travail existe déjà, des extensions supplémentaires sont prévues pour enrichir la chaîne numérique. Des compétences en développement d’outils numériques et en programmation seront donc essentielles pour atteindre ces objectifs. Les phénomènes métallurgiques à modéliser incluent notamment la solidification rapide et la prévision des séquences de précipitation lors du refroidissement. Une expertise en science des matériaux est requise pour traiter ces aspects complexes.

Le projet comporte également un volet expérimental incluant la synthèse d’alliages par fusion de poudres mélangées ou pré-alliées, suivie de caractérisations microstructurales et mécaniques. Ces expérimentations permettront de valider les différentes étapes de la chaîne numérique d’optimisation et de fournir des retours critiques pour affiner les prédictions. L'objectif est de valider chaque composante de la chaîne numérique d'optimisation des alliages en s'appuyant sur des retours d'expérience provenant d'alliages modèles. Ces informations précieuses permettront de confirmer la fiabilité des prédictions tout en affinant leur précision. Enfin, un alliage optimisé sera produit en quantité suffisante pour mener une étude approfondie de ses propriétés après fabrication additive.


Prise de fonction :

03/03/2025


Nature du financement

Autre financement public


Précisions sur le financement

ANR


Présentation établissement et labo d'accueil

Laboratoire Georges Friedel UMR5307

Mines Saint-Étienne est une école de l’Institut Mines-Télécom (IMT). Le Centre de sciences des matériaux et des structures (SMS) mène des activités de recherche et d’enseignement dans le domaine de la mécanique et de la physique des matériaux, tels que les métaux, les composites et les céramiques. Les activités de recherche en science des matériaux du centre SMS sont conduites au sein du Laboratoire Georges Friedel, qui réunit les compétences de l'École des Mines de Saint-Étienne dans les domaines des matériaux, de la mécanique et des procédés, en partenariat avec l'industrie afin de résoudre les problèmes de durabilité, d'efficacité énergétique et de transformation des matériaux en composants industriels.


Site web :

https://www.mines-stetienne.fr/lgf/


Intitulé du doctorat

Conception de nouveaux alliages d'aluminium optimisés pour la fabrication additive par laser


Pays d'obtention du doctorat

France


Ecole doctorale

Sciences, ingénierie, santé


Profil du candidat

* De formation École d’ingénieur ou Master 2, vous êtes spécialisé(e) en Science et Génie des Matériaux, Mécanique des matériaux. Les connaissances en métallurgie et mécanique des matériaux sont requises.
* Vous justifiez de résultats de premier plan tout au long de votre parcours de formation académique et d’un niveau d’anglais professionnel pour être en capacité d’évoluer à l’échelle internationale (TOEIC > 800).
* Doté d’un goût prononcé pour la recherche expérimentale et la simulation, votre ouverture, votre communication et votre curiosité seront particulièrement étudiées.
* Des compétences en informatique seraient appréciées, en particulier pour la programmation de scripts et d'algorithmes (Python, C++, Matlab). Des connaissances en mathématiques, en particulier sur le processus d'optimisation et l'analyse de régression, seraient un atout.
* Enfin, votre aptitude à piloter un projet et votre dynamisme seront déterminants.
Date limite de candidature
31/01/2025
#J-18808-Ljbffr