Hybridation des procédés d’impression 3D métallique pour des pièces plus résistantes

Recherche Défense & Sécurité

Associant les trois écoles sous tutelle de la Direction Générale de l’Armement, l’École polytechnique, l’ENSTA et l’ISAE Supaero, le projet QUADS2 vise à hybrider deux procédés de fabrication additive métallique. L’enjeu de ce nouveau procédé est de réussir à fabriquer des pièces en acier inoxydable de formes complexes tout en limitant leur impact environnemental mais également de réparer des pièces existantes.

Le projet QUADS1 mené entre 2020 et 2024 avec les mêmes partenaires a permis de qualifier deux procédés de fabrication additive en acier inoxydable : le « Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) et le « Laser Powder-Direct Energy Deposition » (LP-DED). 

Lors du premier projet, les paramètres des deux procédés ont été optimisés. Les essais ont permis de valider la résistance en fatigue et corrosion des pièces créées. Leurs propriétés mécaniques et électrochimiques sont équivalentes voire supérieures à l’alliage issu des procédés traditionnels de type forgeage, fonderie ou usinage.

Matthieu Dhondt Enseignant-chercheur à l’ENSTA / laboratoire IRDL

L’enjeu de QUADS2 (2025-2028) est d’aller plus loin en hybridant ces deux procédés additifs afin de tester les opportunités offertes par ce nouveau procédé en matière de fabrication de pièces ou de réparation. Il s’agit également d’analyser l’impact de l’hybridation/réparation sur la tenue à la fatigue et à la corrosion de ces pièces.

" Chaque procédé est adapté à un type de pièce. Pour simplifier, on crée dans un cas, des grandes pièces tandis qu’avec l’autre on fabrique des pièces de taille réduite, plus fines et aux formes complexes. L’association des deux procédés s’inscrit dans une perspective d’allégement des structures mais nécessite de lever des verrous scientifiques et techniques ".

Exemples d’hybridation des deux procédés additifs LPBF et LP-DED [1]

Le projet va notamment permettre de réaliser des échantillons hybrides, et de les tester avec différents effets de chargement (traction, cisaillement) afin d’étudier la localisation de la déformation et de l’endommagement à l’échelle de la microstructure ainsi que les mécanismes d’amorçage et de propagation des fissures. La résistance à la corrosion fait également partie des paramètres étudiés.

Subventionné par l’Agence de l’Innovation de Défense dans le cadre du Centre Interdisciplinaire Défense et Sécurité (CIEDS), QUADS2 réunit des enseignants-chercheurs, ingénieurs et techniciens des 3 établissements partenaires ainsi que des personnels dédiés :  3 doctorants, 1 post doctorant ainsi qu’un ingénieur de recherche répartis sur les 3 campus (Palaiseau, Brest, Toulouse).

La dernière étape du projet consiste en la création d’un démonstrateur physique afin, d’une part, de tester une éprouvette structurelle en termes de résistance à la fatigue et/ou la corrosion pour des conditions proches de sollicitations réelles et d’autre part, de tester les protocoles de réparation développés dans le cadre du projet.

Infos clés
  • Nom du projet QUADS2
  • Durée : 48 mois
  • Partenaires : Laboratoire LMS / Ecole Polytechnique, Laboratoire ICA/ISAE-SUPAERO, Laboratoire IRDL / ENSTA, Laboratoire IMSIA / ENSTA
  • Financement : projet subventionné par l’AID, dans le cadre du CIEDS

[1] B. Graf, M. Schuch, R. Kersting, A. Gumenyuk, M. Rethmeier, Additive Process Chain using Selective Laser Melting and Laser Metal Deposition, Lasers in Manufacturing Conference 2015, p.59.

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