Cette thèse a pour but d’augmenter la durée de vie des moules pour l’injection plastique. Les principaux phénomènes à refréner sont l’usure par abrasion et l’usure par corrosion. Pour ce faire, deux familles de matériaux ont été présélectionnées. Il s’agit des aciers à outils inoxydables et des verres métalliques massifs. Ces travaux détaillent donc la sélection, le développement et la caractérisation d’une nuance pour chacune de ces familles. In fine, cette thèse délivre un nouvel acier adapté à la fabrication additive et aux moules d’injection plastique, allant de l’élaboration de la poudre à l’optimisation des paramètres LBM et de ceux du traitement thermique. Cet acier permet d’offrir un bon compromis en termes de propriétés thermiques, mécaniques et de résistance à la corrosion. Quant au verre métallique massif, ces travaux de thèse démontrent que la nuance choisie permet de conserver suffisamment de matériau amorphe pour induire des propriétés exceptionnelles. / The aim of this thesis is to increase molds lifetime. Mains phenomena to limit are abrasion wear and corrosion. For this purpose, two material families have been preselected. They have been identified among stainless steels and bulk metallic glasses. This work details their selection, development in additive manufacturing and characterization for both materials. In the end, this thesis delivers a new steel grade adapted to the additive manufacturing and plastic injection molds, which affords good corrosion resistance, high hardness and a comparatively good thermal conduction. Concerning the bulk metallic glass, this work shows that the chosen composition allowed to preserve enough amorphous material to induce exceptional properties and give strong hopes to continue in this vein.

Les procédés de fabrication additive ont connus un fort essor dans les dernières décennies et entament aujourd'hui leur phase d'industrialisation pérenne. L'industrie, dans un souci d'améliorer sans cesse le ratio masse/rigidité des systèmes qu'elle produit (notamment l'industrie aéronautique), a pris conscience du potentiel de ces technologies à produire des structures plus complexes que les procédés classiques. Elle cherche aujourd'hui à tirer profit de ce potentiel pour alléger encore plus les pièces produites en utilisant notamment des géométries de type réseaux ou alvéolaires (Lattice en anglais). Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour but de proposer une méthodologie, des modèles et des outils permettant la conception, le dimensionnement et l'optimisation de telles structures en vue de leur fabrication par procédés additifs. Le framework proposé peut être résumé par les huit étapes ci-dessous:- Importation de l'espace de conception, comprenant également les cas de chargement.- Optimisation topologique sur l'espace de conception.- Reconstruction de la géométrie, appelée primitive, qui servira de support à l'insertion du réseau.- Calcul par éléments finis qui peut être réalisé pour s'assurer de la bonne tenue mécanique.- Définition de la topologie du réseau, par l'intermédiaire d'un graphe 3D.- Déformation du réseau et optimisation mécanique du réseau.- Reconstruction des volumes.- Préparation des fichiers de données et impression 3D. / Additive manufacturing processes have been quickly growing those past decades and are now getting to their sustainable industrial. Industry has been caring about the mass to rigidity ratio of the structures it produces (especially in aeronautics), and is now acknowledging the potential of additive processes to produce more complex shapes than classical processes. Industry is now trying to take advantage of this potential by designing highly complex structures like lattices or metal foams. The work that is presented in this document propose a methodology, models and numerical tools allowing the conception, dimensioning and optimization of such structures through additive manufacturing. The proposed framework can be describe through the height following steps:- Importing the design space and the technical requirement (load cases).- Topology optimization of the design space- Geometry reconstruction to create a primitive which will be the lattice insertion area.- Finite elements computation to ensure that the structure meets the requirements.- Lattice topology definition using 3D graphs.- Lattice deformation and optimization.- Creation of the volumes around the lattice.- Printing file creation and 3D printing.

In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung von Werkzeugen für das Presshärten mit Hilfe des additiven Fertigungsverfahrens Laser Beam Melting (LBM) untersucht. Dazu werden zunächst unterschiedliche Werkzeugstähle experimentell auf die Eignung zur Verarbeitung im LBM-Verfahren untersucht. Für einen dieser Werkzeugstähle werden anschließend die genauen Prozessparameter bei unterschiedlichen Vorwärmtemperaturen ermittelt. Es kann gezeigt werden, dass dieser Werkzeugstahl sowohl ohne, als auch mit Vorheizung des Prozesses verarbeitet werden kann. Die mechanischen Kennwerte der Vergleichsprobe aus geschmiedetem und vergütetem Material werden hinsichtlich der Bruchdehnung und Zähigkeit nicht erreicht. Eine höhere Vorwärmtemperatur hat jedoch einen positiven Einfluss auf die mechanischen Kennwerte. In einem modellhaften Verschleißversuch wird gezeigt, dass bei einer Vorwärmung der Bauplattform auf 500 °C sowie entsprechender Wärmebehandlung das Verschleißverhalten von geschmiedetem Material erreicht werden können.:1 Einführung 2 Technologische Grundlagen 3 Stand der Wissenschaft und Forschung 4 Voruntersuchung 5 Konzeption der Arbeit 6 Anlagentechnik 7 LBM von Werkzeugstählen 8 Werkstoffanalyse 9 Verschleißuntersuchungen 10 Zusammenfassung 11 Ausblick Literaturverzeichnis

Additive manufacturing of Nitinol is a promising field, as it can circumvent the challenges associated with its conventional production processes and unlock unique advantages. However, the accompanying surface features such as powder adhesions, spatters, ballings, or oxide discolorations are undesirable in engineering applications and therefore must be removed. Plasma electrolytic polishing (PeP) might prove to be a suitable finishing process for this purpose, but the effects of post-processing on the mechanical and functional material properties of additively manufactured Nitinol are still largely unresearched. This study seeks to address this issue. The changes on and in the part caused by PeP with processing times between 2 and 20 min are investigated using Nitinol compression springs manufactured by Laser Beam Melting. As a benchmark for the scanning electron microscope images, the differential scanning calorimetry (DSC) measurements, and the mechanical load test cycles, conventionally fabricated Nitinol springs of identical geometry with a medical grade polished surface are used. After 5 min of PeP, a glossy surface free of powder adhesion is achieved, which is increasingly levelled by further polishing. The shape memory properties of the material are retained without a shift in the transformation temperatures being detectable. The decreasing spring rate is primarily attributable to a reduction in the effective wire diameter. Consequently, PeP has proven to be an applicable and effective post-processing method for additively manufactured Nitinol.