Réalisation par fabrication additive de multi-matériaux de type métal-oxyde en vue de la constitution de composants hyperfréquences - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2021

Realization of metal-oxide type multi-materials by additive manufacturing to obtain microwave components

Réalisation par fabrication additive de multi-matériaux de type métal-oxyde en vue de la constitution de composants hyperfréquences

Abstract

Additive manufacturing is growing massively for approximately ten years. It combines a set of processes associated with specific materials, allowing to realize 3D layer-by-layer parts, by selective material consolidating from digital model. It allows reducing considerably manufacturing costs but also manufacturing complex-shaped parts with high added value. Space industry uses additive manufacturing for a last years to reduce manufacturing costs of satellites by components lightering. Amongst them, lightering and size reduction of complex-shaped microwave satellite onboard components, made of metallic and ceramics parts, are a future important challenge because none of current additive manufacturing processes can do that. This thesis work falls within this industrial context to manufacture metal-oxide type multi-material objects in one step by using laser powder bed fusion process. Completed pieces of work during this thesis has allowed to develop additive manufacturing process using single AlSi12 alloy metallic powder raw material. This powder has been prior activated by chemical attack to weaken native and compact passivation layer on metallic grain surface and replace it by permeable to oxygen layer. Influence of reactive solution concentration on oxidized layer nature and microstructure has been studied. Chemical reactive solution concentration choice has been guided by oxidized layer quality, also by reactivity increase of grain metallic core to oxygen while preserving global metallic electrical conductivity. Additive manufacturing of metal-oxide type multi-material parts has been studied, by using activated AlSi12 alloy with specific reactive solution concentration. It has been demonstrated that by fitting laser beam parameters selectively under air atmosphere, it was possible to obtain in the same object metallic parts by melting without oxidizing and ceramic parts by oxidizing and sintering in-situ. Microstructural and electrical characterizations have confirmed dielectric behaviour of ceramic parts and electrical behaviour of metallic parts.
La fabrication additive connait un essor industriel considérable depuis une dizaine d'années. Elle regroupe un ensemble de procédés associés à des matériaux permettant, à partir d'un modèle numérique, de réaliser des pièces 3D par consolidation sélective de matière déposée couche après couche. Elle permet donc de réduire considérablement les coûts de fabrication mais aussi de fabriquer des pièces de formes complexes à haute valeur ajoutée. L'industrie spatiale l'utilise depuis quelques années pour réduire les coûts de fabrication des satellites par allègement de ses composants. Parmi eux, la réduction de taille et l'allègement des composants hyperfréquences complexes embarqués sur satellite, composés de parties métalliques et de parties céramiques, constituent un enjeu d'avenir important car aucun procédé de fabrication additive actuel ne permet de les fabriquer. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans ce contexte industriel pour fabriquer des objets multi-matériaux de type métal-oxyde en une seule étape en utilisant le procédé de fusion de lit de poudre par faisceau laser. Les travaux effectués ont permis de développer un procédé de fabrication utilisant une poudre unique d'alliage métallique AlSi12 comme matériau de départ. Cette poudre a été préalablement activée par attaque chimique de manière à endommager la couche de passivation native compacte située à la surface des grains métalliques et à la remplacer par une couche plus perméable à l'oxygène. L'influence de la concentration du réactif d'activation sur la nature et la microstructure de la couche oxydée a été étudiée. Le choix de la concentration du réactif chimique a été guidé par la qualité de la couche oxydée mais aussi par l'accroissement de la réactivité du cœur métallique des grains vis-à-vis de l'oxygène, tout en préservant un comportement électrique global de type métallique. L'obtention par fabrication additive, de pièces multi-matériaux métal-céramique a été étudiée en utilisant l'alliage AlSi12 activé à la concentration de réactif choisie. Il a ainsi été montré qu'en adaptant de manière sélective sous air ambiant les paramètres de fabrication liés au faisceau laser, il était possible d'obtenir dans une même pièce, des zones métalliques par fusion sans oxydation in-situ et des zones céramiques par oxydation et frittage. Les caractérisations microstructurales et électriques ont confirmé le caractère diélectrique de la céramique et le caractère conducteur du métal.
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Dates and versions

tel-03403126 , version 1 (26-10-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03403126 , version 1

Cite

Frédéric Veron. Réalisation par fabrication additive de multi-matériaux de type métal-oxyde en vue de la constitution de composants hyperfréquences. Matériaux. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2021. Français. ⟨NNT : 2021TOU30010⟩. ⟨tel-03403126⟩
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