Ce cours vise le développement des connaissances sur les procédés de fabrication additive (FA). La FA est une méthode de fabrication par ajout de matière de composants en métal, en polymère, en céramique ou en composite directement à partir d’un fichier numérique et dans une forme presque-finale, ce qui augmente les performances, réduit les délais de commercialisation et diminue l’empreinte écologique. Ces composants à forte valeur ajoutée sont le plus souvent destinés pour diverses applications dans le domaine aérospatial et médical.
Les objectifs spécifiques de ce cours visent l’acquisition des connaissances permettant : (A) Sélection de la technologie appropriée, (B) Utilisation de la technologie par ingénieur-concepteur et (C) Optimisation de la technologie par ingénieur-procédés. Les étudiants ayant suivis le cours seront au fait des potentiels et des limitations des technologies existantes de la FA et seront ainsi en mesure de contribuer au développement des nouveaux produits et des nouvelles technologies de la FA.
La matière du cours peut être regroupée en 3 parties principales :
INTRODUCTION
Le changement de paradigme dans le développement de produit grâce à l’avènement de la FA. Les technologies les plus utilisées, leurs forces et limitations. Les matériaux disponibles et les applications courantes. Les systèmes commerciaux, leur comparaison; l’achat d’équipement versus l’achat de service (aspects économiques). Normalisation (ASTM, ISO) aspects légaux. FA: mythes versus réalité.
FA POUR INGENIEUR-CONCEPTEUR
Ingénierie inverse et reconstruction 3D. Création des fichiers de représentation géométrique (STL\FA) à partir de scans 3D (laser, rayons X): exigences, problématiques, solutions. Qualité des composants métalliques fabriqués : tolérances, fini de surface, propriétés de service.
Optimisation de forme et de structure : topologique, topographique, topométrique (logiciels commerciaux). Conception pour la FA (règles de conception).
FA POUR INGENIEUR-PROCEDES
Matériaux métalliques :
- Structure et propriétés. Aspects physico-chimiques et métallurgiques des principaux processus de consolidation des matériaux métalliques par fusion laser. Interaction laser-matériaux métalliques.
- Influence des paramètres de consolidation laser (puissance et paramètres du parcours du faisceau et morphologie de poudre) sur la microstructure des métaux et d’alliages métalliques (taille des grains, phases et texture), contraintes résiduelles et défauts.
- Traitements thermiques et HIP, traitement de finition (électropolissage, extrusion de pâte abrasive, etc.) et leur influence sur les propriétés de service : les propriétés géométriques (fini de surface et précision) et mécaniques (statiques, dynamiques et autres).
Matériaux polymères, leur structure et propriétés. Aspects physico-chimiques de consolidation des polymères par fusion et leur impact sur les propriétés de service.
Matériaux céramiques, leur structure et propriétés. Aspects physico-chimiques de la FA des céramiques par l’impression 3D (jet de liant) suivi de frittage conventionnel ou HIP, et leur impact sur les propriétés de service.
Contrôle de qualité : métrologie 3D (micro-CT), microstructure (XRD, MEB), propriétés mécaniques (MTS).
Défis et perspectives de développement futur (combinaison des procédés : fabrication additive et fabrication substractive, fonctionnalité imbriquée, gradient de fonctionnalité, utilisation des matériaux dissimilaires, etc).
Tout au long du cours, on montrera, par différentes études des cas, comme le développement d’un implant personnalisé ou l’optimisation structurale d’un composant mécanique, le potentiel des technologies de la FA ainsi que les défis liés à sa réalisation.