Co-frittage sous charges d'assemblages multi-poudres pour l'obtention de formes complexes : couplage entre SPS et impression 3D - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Pressure assisted sintering of multi-powders assembky to produce comples shapes : coupling between SPS and 3D printing

Co-frittage sous charges d'assemblages multi-poudres pour l'obtention de formes complexes : couplage entre SPS et impression 3D

Résumé

Producing complex-shaped parts is challenging using Spark Plasma Sintering (SPS) due to the pressure exerted on the samples. This pressure necessitates adapting the die and punches to complex and fragile configurations. Another patented approach called "DEFORMINT" enables the production of fully dense complex shapes by combining 3D printing and SPS. It involves the assembly of two powder beds and a 3D printed interface that sinter simultaneously. The simplest way to ensure the absence of shape distortions is to use the same powder for both the complex-shaped part and the sacrificial part. However, the cost of titanium alloy powders like Ti-6Al-4V and the large amount of sacrificial material used in the method reduce its inherent economic appeal. To overcome this problem, a method for identifying low-cost sacrificial powders has been established. Two compositions that mimic the sintering of Ti-6Al-4V have been identified and tested in this study for the production of two shapes: a thick cone and a thin and complex turbine blade. SPS experiments were conducted to determine a densification model for these sacrificial powders as well as Ti-6Al-4V to predict densification distortions. Simulated and experimental distortions were compared, showing good correlation with the predicted shape distortions. The analysis of the microstructures of the produced parts highlighted an issue of chemical contamination in the components. At the end of these works, the feasibility of prototyping metal parts using SPS parts with 3D SLA printing has been demonstrated for Ti-6Al-4V.
La production de pièces à formes complexes est difficile par SPS en raison de la configuration de pressage uniaxial confiné. Ce mode impose d'adapter le moule et les pistons dans des configurations complexes et fragiles. Une autre approche brevetée appelée "DEFORMINT" permet la production de formes complexes entièrement denses en associant l'impression 3D et le SPS. Elle consiste en l'assemblage de deux lits de poudre et une interface imprimée en 3D qui frittent simultanément. Le moyen le plus simple d'assurer l'absence de distorsions de forme est d'utiliser la même poudre à la fois pour la partie à la forme complexe et pour la partie sacrificielle. Cependant, le coût des poudres d'alliages de titane comme le Ti-6Al-4V et la grande quantité de matériau sacrificiel utilisée dans la méthode réduisent son intérêt économique inhérent. Pour contourner ce problème, une méthode d’identification de poudre sacrificielle à faible coût a été établie. Deux compositions imitant le frittage du Ti-6Al-4V ont été identifiées. Elles ont été testées dans cette étude par la production de deux formes : un cône épais et une aube de turbine mince et complexe. Des expériences de SPS ont été réalisées pour déterminer un modèle de densification de ces poudres sacrificielles ainsi que du Ti-6Al-4V afin de prédire les distorsions de densification. Les distorsions simulées et expérimentales ont été comparées et montrent une bonne corrélation avec les distorsions de formes prédites. L'analyse des microstructures des pièces ainsi produites met en évidence un phénomène de contamination chimique des pièces. A l’issu de ces travaux, la faisabilité du prototypage de pièces métalliques par SPS combiné à l’impression 3D SLA a été démontré pour le Ti-6Al-4V.

Domaines

Matériaux
Fichier principal
Vignette du fichier
sygal_fusion_44567-le_cloarec-joseph_65f961f06babf.pdf (12.66 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04510911 , version 1 (19-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04510911 , version 1

Citer

Joseph Le Cloarec. Co-frittage sous charges d'assemblages multi-poudres pour l'obtention de formes complexes : couplage entre SPS et impression 3D. Matériaux. Normandie Université, 2023. Français. ⟨NNT : 2023NORMC284⟩. ⟨tel-04510911⟩
15 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More