Additiv tillverkning (AM) är en växande tillverkningsteknologi som har många lovande tekniska, ekologiska och ekonomiska aspekter. Selektiv lasersmältning (SLM) är den AM-metod som står i framkanten av den utveckling som sker inom teknologin. SLM har kapabiliteten att tillverka detaljer med jämförbart goda mekaniska egenskaper gentemot konventionella tillverkningsmetoder men drabbas av vanligt förekommande defekter som hämmar dess möjligheter att bli en mer använd bearbetningsmetod i tillverkningsindustrin. I detta arbete, som tar an formen av en State of the Art Rapport, presenteras SLM-metoden på en teknisk nivå, den jämförs med andra AM-metoder samt med konventionell tillverkning, flera metaller och legeringar som finns tillgängliga för bearbetning presenteras och dess senaste utvecklingar samt framtid presenteras och diskuteras. / Additive manufacturing (AM) is a growing manufacturing technology which has many promising technical, ecological, and economical aspects. Selective Laser Melting (SLM) is the AM-method which stands on the forefront of the development which is taking place in this technology. SLM has the capability to produce components with relatively good mechanical characteristics as compared to conventional manufacturing methods. However, the method is suffering from common defects which inhibits its chances to become a more widely-used method in the manufacturing industry. In this work, which takes on the form of a State of the Art Report, the SLM-method is presented on a technical level. It is then put in comparison to other AM-methods and conventional manufacturing as a whole. Some of the metals and alloys available for SLM are listed. The latest developments in SLM are presented and lastly, the future developments of SLM is discussed.

<p>Aeronautical products additively manufactured by Selective Laser Melting (SLM), are known to have fatigue properties which are negatively impacted by porosity defects, microstructural features and residual stresses. Little research is available studying these phenomena with respect to the short fatigue crack growth (FCG) inconsistency problem, the large focus being on the long FCG. This thesis seeks to add useful knowledge to the understanding of the mechanisms for short crack growth variability in SLM manufactured Ti-6Al-4V, with the two variables for the process conditions and build directions investigated. An in-situ FCG investigation using x-ray synchrotron computed micro-tomography (μXSCT) was used to visually observe and quantify the short crack path evolution. Crack growth, deflections and porosity interactions were noted and discussed in relation to microstructure, build layer thickness and build layer orientation. A novel use of in-situ energy dispersive x-ray diffraction (EDD) was able to show the lattice strains evolving as a propagating crack moved through a small region of interest. The results presented show the ability to reliably obtain all six elastic strain tensor components, and interpret useful knowledge from a small region of interest. </p> <p> </p> <p>There are conflicting views in literature with respect to the damage tolerance behavior of as built SLM manufactured Ti-6Al-4V. In the 2018 review by Agius et al., the more prominent studies were considered with Leuders et al. showing the highest long FCG rates for cracks parallel to the build layer and Cain et al. showing cracks propagating through successive build layers as highest [1]–[3]. Cain et al. and Vilaro et al. report significant anisotropy in long FCG for different build orientations whereas Edwards and Ramulu present similar FCG behavior for three different build directions [2]–[5]. Kruth et al. concluded that for optimized build parameters without any (detectable) pores, the building direction does not play a significant role in the fracture toughness results [6]. All of the mentioned literature reported martensitic microstructures and the presence of prior grain structures for as built SLM Ti-6Al-4V.</p> <p> </p> <p>No studies to the authors knowledge have considered the short FCG of SLM manufactured Ti‑6Al‑4V and its implications to the conflicting damage tolerance behaviors reported in literature [1]. In this work small cross-sectional area (1.5 x 1.5 ) samples in two different build conditions of as built SLM Ti-6Al‑4V are studied. The short FCG rate of three different build directions was considered with cracks parallel to the build layers shown to be the most damaging. The microstructure and build layer are shown to be the likely dominant factors in the short FCG rate of as built Ti-6Al-4V. In terms of porosity, little impact to the propagating short crack was seen although there is local elastoplastic behavior around these defects which could cause toughening in the non-optimized build parameter samples tested. The fracture surfaces were examined using a Scanning Electron Microscope (SEM) with the results showing significant differences in the behavior of the two build conditions. From the microindentation hardness testing undertaken, the smooth fracture surface of the optimized sample correlated with a higher Vickers Hardness (VH) result and therefore higher strength. The non-optimized samples had a ‘rough’ fracture surface, a lower VH result and therefore strength. Furthering the knowledge of short FCG in SLM manufactured Ti-6Al-4V will have positive implications to accurately life and therefore certify additive manufactured aeronautical products.</p>

De nos jours, le domaine des implants est un des enjeux important pour notre civilisation pour permettre d’améliorer notre quotidien. Pour ce faire, une large offre de matériaux et de technologies existe offrant de nombreuses possibilités afin de répondre aux attentes chirurgicales. Plusieurs familles de matériaux coexistent : les polymères, les céramiques et les matériaux métalliques ainsi que différents procédés de mise en forme. Parmi ceux-ci, le procédé de micro fusion laser sur lit de poudre est un procédé prometteur permettant de réaliser des pièces de géométries complexes. C’est précisément cette technologie qui a été retenue. Pour cela, afin d’approfondir la connaissance du procédé et évaluer l’impact des paramètres sur les structures métallographiques, une orientation se tournant vers des matériaux métalliques tels que le CoCrMo et le titane T40 a été envisagée.Ainsi, les objectifs de la thèse ont été de générer un matériau possédant de bonnes caractéristiques mécaniques ainsi qu’en faciliter son intégration dans un milieu biologique (implants). Pour ce faire, une structure de porosité contrôlée (pour faciliter le développement tissulaire) avec des propriétés mécaniques adaptées aux sollicitations est nécessaire. Le premier travail effectué fut donc une recherche préliminaire afin d’approfondir la connaissance du procédé, en particulier d’un point de vue énergétique et thermique. Afin d’identifier et d’évaluer l’impact des paramètres sur le taux de porosité et donc les propriétés mécaniques de la pièce, une méthode statistique de type Taguchi a été utilisée. Au travers de cette analyse, il est apparu que 3 paramètres inhérents au procédé (la distance entre tache laser, temps d’exposition et le pas de balayage) expliquent prêt de 80% des résultats. De plus, il est mis en évidence que les propriétés mécaniques d’une structure (module de Young et résistance à la rupture) peuvent être maitrisées grâce au taux de porosité de cette dernière et permettre ainsi un rapprochement des propriétés mécaniques de l’os cortical. Pour ce faire, des caractérisations mécaniques ont donc été réalisées pour évaluer le module de Young et la résistance à la rupture des pièces avec différentes structures. Une maîtrise des propriétés peut donc être envisagée et peut même être adaptée en réalisant des structures mixtes alliant partie dense et partie poreuse. / Nowadays, the field of implants is one of the major challenges for our civilization to help improve our lives. To do this, a wide range of materials and technologies are offering many opportunities to meet the surgical needs. Several types of materials exist: polymers, ceramics and metal as well as different methods of shaping materials. Among them , the process of micro fusion laser powder bed is a promising method for producing parts with complex geometries. It is this technology that has been used. To do this, in order to deepen the knowledge of the process and evaluate the impact of parameters on the metallographic structures , guidance , turning to metallic materials such as CoCrMo and titanium T40 was considered.Thus, the objectives of the thesis were to generate a material with good mechanical properties as well as ease of integration in a biological medium ( implants) . To do this, a controlled pore structure (to facilitate tissue development ) with properties adapted to mechanical stress is required. The first work was therefore a preliminary research to deepen understanding of the process , particularly an energy and thermal point of view . To identify and assess the impact of parameters on the porosity and therefore the mechanical properties of the part , a statistical method of Taguchi type was used. Through this analysis, it appeared that three parameters inherent to the process ( the distance between laser spot exposure and no scanning time ) explain 80% loan results. Moreover, it is highlighted that the mechanical properties of a structure ( Young's modulus and tensile strength ) can be controlled through the porosity of the latter and thus permit reconciliation of the mechanical properties of cortical bone . To do this , mechanical characterizations were therefore conducted to evaluate the Young's modulus and tensile strength of parts with different structures. A control properties can be considered and can even be adapted by making composite structures combining dense part and porous part .

Cette thèse concerne la production et le contrôle d'hologrammes de haute qualité par un modulateur de phase à cristaux liquides (SLM) et l'utilisation de ces hologrammes pour la manipulation d'atomes froids. Ces hologrammes utilisés pour mettre en forme des faisceaux lasers et créer des potentiels dipolaires doivent être de bonne qualité. Or le SLM a des défauts qui peuvent les dégrader. Pour mesurer ces défauts nous avons développé une méthode reposant sur la mesure par polarimétrie de la biréfringence du SLM. La cartographie de biréfringence permet de mesurer l'hologramme en temps réel sans perturber l'expérience en cours. C'est donc une mesure in-situ. Une fois mesurés les défauts sont corrigés par une rétroaction sur la consigne donnée au SLM. Pour le démontrer nous avons créé un défaut artificiel avec un pointeur laser et nous l'avons réduit à λ/7 soit une amélioration de 42 %. Ensuite avec l'objectif d'appliquer des potentiels produit par un SLM aux atomes froids, j'ai dessiné, conçu puis réalisé en partie une expérience basée sur un jet d'atomes froids de rubidium issu d'un MOT-2D. Dans le chapitre correspondant je présente une étude de la faisabilité d'une expérience de guidage du jet d'atomes froids par un mode de Laguerre Gauss désaccordé vers le bleu de la transition. Nous avons montré que dans un tel guide le chauffage par émission spontanée est plus faible que dans un guide gaussien usuel désaccordé vers le rouge de la transition. De plus en réduisant la divergence naturelle du jet issu du MOT-2D nous devrions augmenter le flux d'atomes et améliorer l'efficacité de chargement d'un MOT-3D par un MOT-2D.

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) has become a popular modulation method in high-speed wireless communications. By partitioning a wideband fading channel into flat narrowband channels, OFDM is able to mitigate the detrimental effects of multipath fading using a simple one-tap equalizer. However, in the time domain OFDM signals suffer from large envelope variations, which are often characterized by the peak-to-average ratio (PAR). High PAR signals, like OFDM, require that transmission amplifiers operate at very low power efficiencies to avoid clipping. In this thesis we review the most popular OFDM PAR-reduction techniques and demonstrate that selected mapping (SLM) is a particularly promising reduction technique. In a SLM system, an OFDM symbol is mapped to a set of quasi-independent equivalent symbols and then the lowest-PAR symbol is selected for transmission. The tradeoff for PAR reduction in SLM is computational complexity as each mapping requires an additional inverse fast fourier transform (IFFT) operation in the transmitter. In additional to an overview of current SLM work, we present a thorough analysis of SLM as well as several novel SLM proposals. First, we derive the closed-form expression for the expected PAR in an SLM system. The expected PAR can be thought of as a metric of PAR reduction capability. Second, we provide a power analysis of SLM to determine if the computational power costs outweigh the power saved through PAR reduction. Through this analysis, we show that SLM is capable of several Watts of net power savings when used in a wireless transmission system. Third, we propose that a PAR threshold should be set in SLM. Such thresholding leads to significant complexity decreases. Fourth, we derive the maximum likelihood (ML) and maximum extit{a posteriori} (MAP) detection metrics for blind SLM (BSLM) and threshold BSLM respectively. Lastly, we demonstrate that by using monomial phase sequences in SLM blind phase sequence detection is possible with a single FFT operation in the receiver.

High peak to average power ratio (PAPR) is one of the major drawbacks in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems. In recently years, various methods have been proposed to reduce the PAPR performance. The selected mapping (SLM) scheme is perhaps the most popular one because it provides outstanding PAPR reduction performance. In addition, the subcarrier magnitude remains the same in the SLM scheme. However, there are two major shortcomings in the SLM scheme. First of all, it requires a number of inverse fast Fourier transforms (IFFTs) to produce candidate signals, dramatically increasing the computational complexity. In addition, side information has to be transmitted to the receiver to indicate the candidate signal that results in the best PAPR, leading to the decrease in bandwidth utilization. To overcome these two drawbacks, this thesis proposes a novel SLM scheme that does not need side information. The proposed scheme is based on a low complexity SLM scheme [C.-P. Li, S.-H. Wang, and C.-L. Wang, ¡§Novel low-complexity SLM schemes for PAPR reduction in OFDM systems,¡¨ IEEE Trans. Signal Process., vol. 58, no. 5, pp. 2916¡V2921, May 2010] in pilot-aided OFDM system. Simulation experiments are conducted to verify the performance of the proposed scheme. It is shown that the bit error rate (BER) performance of the proposed scheme is very similar to that of the traditional SLM scheme with perfect knowledge of the side information. Therefore, the proposed scheme not only has the advantages of low complexity and high bandwidth utilization, but also has a superior BER performance.

Selected mapping (SLM) schemes are commonly employed to reduce the peak-to-average power ratio (PAPR) in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems. It has been shown that the computational complexity of the traditional SLM scheme can be substantially reduced by adopting conversion vectors obtained by using the inverse fast Fourier transform (IFFT) of the phase rotation vector in place of the conventional IFFT operations [21]. Unfortunately, however, the elements of these phase rotation vectors of the conversion vectors in [21] do not generally have an equal magnitude, and thus a significant degradation in the bit error rate (BER) performance is incurred. This problem can be remedied by utilizing conversion vectors having the form of a perfect sequence. This paper presents three novel classes of perfect sequence, each of which comprises certain base vectors and their cyclic-shifted versions. Three novel low-complexity SLM schemes are then proposed based upon the unique structures of these perfect sequences. It is shown that while the PAPR performances of the proposed schemes are marginally poorer than that of the traditional SLM scheme, the three schemes achieve an identical BER performance and have a substantially lower computational complexity.

De nos jours, le domaine des implants est un des enjeux important pour notre civilisation pour permettre d'améliorer notre quotidien. Pour ce faire, une large offre de matériaux et de technologies existe offrant de nombreuses possibilités afin de répondre aux attentes chirurgicales. Plusieurs familles de matériaux coexistent : les polymères, les céramiques et les matériaux métalliques ainsi que différents procédés de mise en forme. Parmi ceux-ci, le procédé de micro fusion laser sur lit de poudre est un procédé prometteur permettant de réaliser des pièces de géométries complexes. C'est précisément cette technologie qui a été retenue. Pour cela, afin d'approfondir la connaissance du procédé et évaluer l'impact des paramètres sur les structures métallographiques, une orientation se tournant vers des matériaux métalliques tels que le CoCrMo et le titane T40 a été envisagée.Ainsi, les objectifs de la thèse ont été de générer un matériau possédant de bonnes caractéristiques mécaniques ainsi qu'en faciliter son intégration dans un milieu biologique (implants). Pour ce faire, une structure de porosité contrôlée (pour faciliter le développement tissulaire) avec des propriétés mécaniques adaptées aux sollicitations est nécessaire. Le premier travail effectué fut donc une recherche préliminaire afin d'approfondir la connaissance du procédé, en particulier d'un point de vue énergétique et thermique. Afin d'identifier et d'évaluer l'impact des paramètres sur le taux de porosité et donc les propriétés mécaniques de la pièce, une méthode statistique de type Taguchi a été utilisée. Au travers de cette analyse, il est apparu que 3 paramètres inhérents au procédé (la distance entre tache laser, temps d'exposition et le pas de balayage) expliquent prêt de 80% des résultats. De plus, il est mis en évidence que les propriétés mécaniques d'une structure (module de Young et résistance à la rupture) peuvent être maitrisées grâce au taux de porosité de cette dernière et permettre ainsi un rapprochement des propriétés mécaniques de l'os cortical. Pour ce faire, des caractérisations mécaniques ont donc été réalisées pour évaluer le module de Young et la résistance à la rupture des pièces avec différentes structures. Une maîtrise des propriétés peut donc être envisagée et peut même être adaptée en réalisant des structures mixtes alliant partie dense et partie poreuse.

Multi Frequency Phase Measuring Profilometry is the most popular lateral contact 3-D Scanning technique. The Phase Measuring Profilometry is limited in resolution by the projector and cameras used. Conventional signal projectors have a maximum of 2000 to 4000 scan lines limiting the projector resolution. To obtain greater detail with higher resolution the PMP technique is applied to a Spatial Light Modulator (SLM) having 12000 lines, very large as compared to conventional projectors. This technology can achieve super resolution scans having varied applications. Scans achieved from PMP suffer from a certain type of artifact called “banding” which are periodic bands across the captured target. This leads to incorrect measurement of surfaces. Banding is the most limiting noise source in PMP because it increases with lower frequency and decrease in number of patterns. The requirement for lager number of patterns increases the possibility of motion banding. The requirement for higher frequency leads to the necessity for multifrequency PMP which, again leads to more patterns and longer scan times. We aim to reduce the banding by correcting the phase of the captured data.

Cette thèse est consacrée à la conception et à l'amélioration de composants pixelisés bidimensionnels compatibles avec des technologies de fabrication à bas cout sortant du champ de réalisation des optiques traditionnelles. Comme ces composants introduisent des phénomènes de diffraction, notre but est de quantifier et de réduire ces effets afin d'améliorer la qualité des images qu'ils formeront par rapport aux géométries périodiques habituelles. Pour cela, nous cassons la périodicité des centres des cellules des modulateurs spatiaux de lumière (SLM) classiques ce qui permet de mieux répartir angulairement l'énergie diffractée en dehors de l'image directe souhaitée. Ce résultat est toutefois obtenu au prix d'une dégradation de cette dernière, dégradation que nous évaluons par son rapport de Strehl. Nous introduisons une adaptation aux SLM de la notion de structure de Voronoi et nous montrons leur supériorité par rapport aux SLM classiques : ils sont donc à privilégier pour la réalisation de composants actifs. Nous déterminons des cas optimaux pour lesquels les pics de diffraction dus aux parois et à la pixellisation, c'est-à-dire à l'approximation de la fonction de phase à implémenter sur le SLM par une fonction constante par morceaux, sont remplacés par un pur halo de diffraction. Les prototypes réalisés permettent de valider les résultats obtenus et de montrer la faisabilité technique du procédé de remplissage retenu malgré certaines limites que nous mettons en évidence. Enfin, nous élargissons le potentiel des composants pixelisés à des applications autres que l'ophtalmique en montrant qu'ils peuvent améliorer les performances d'un objectif photographique.