Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Contrairement à la fabrication soustractive, la fabrication additive est un procédé permettant de produire des objets couche par couche. Ce processus permettrait de concevoir de nouveaux produits avec une géométrie complexe qui ne pourraient pas être fabriqués en utilisant des procédés traditionnels. Dans la majorité des cas, la fabrication additive demande des poudres aux propriétés très spécifiques afin d'obtenir des objets ayant les propriétés mécaniques souhaitées. C'est pourquoi l'atomisation au gaz est le procédé préférentiel pour produire des poudres. En effet, cette méthode permet d'obtenir des particules avec une géométrie régulière et exemptes d'oxyde conférant par la suite d'excellentes propriétés rhéologiques aux poudres produites. En revanche, d'un point de vue économique, l'utilisation de l'atomisation de l'eau pour produire des alliages ferreux pour le LPBF pourrait être très intéressante compte tenu de son taux de production beaucoup plus élevé et de ses coûts de production nettement inférieurs. Cette thèse s'attaque à l'utilisation de poudre d'acier à outil S7 produite par atomisation à l'eau pour la fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre. Afin de pouvoir substituer l'atomisation au gaz par l'atomisation à l'eau pour produire ce type de poudre, cette thèse optimisera le processus d'atomisation de l'eau ainsi que la chimie des alliages d'origine afin de maximiser la sphéricité des particules (morphologie) tout en minimisant la teneur en oxygène. Ainsi, des poudres d'acier à outils adéquates à la fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre pourraient être produites à une fraction du coût de celles obtenues par atomisation au gaz. De plus, afin de comprendre la relation entre l'écoulement de la poudre et les caractéristiques morphologiques des particules individuelles, l'intelligence artificielle est utilisée comme un outil afin d'établir des liens entre ces propriétés. Des micrographies des poudres produites ont été acquises en microscopie électronique à balayage pour être par la suite segmentées en particules individuelles. Les micrographies des particules individuelles où leurs paramètres morphologiques sont ensuite traités en utilisant l'intelligence artificielle pour corréler les informations collectées sur les particules individuelles avec les propriétés rhéologiques des poudres. Enfin, pour vérifier la pertinence de l'utilisation de poudre d'acier à outil S7 produite par atomisation à l'eau en fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre, les poudres produites par atomisation à l'eau ont été utilisées pour produire des pièces et déterminer leurs propriétés mécaniques tels que la résistance en traction, la ductilité et la résistance aux chocs. Ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur les relations entre les propriétés physiques des poudres et leurs propriétés rhéologiques mais également sur la faisabilité de l'utilisation de poudres atomisées à l'eau en fabrication additive sur lit de poudre. / Unlike subtractive manufacturing, additive manufacturing is a process for producing objects layer by layer. This process would make it possible to design new products with complex geometry that could not be manufactured using traditional processes. In the majority of cases, additive manufacturing requires powders with very specific properties in order to obtain parts with the desired mechanical properties. This is why gas atomization is the preferred process for producing powders. Indeed, this method makes it possible to obtain particles with a spherical morphology and exempt of oxide, subsequently conferring excellent rheological properties on the powders produced. On the other hand, from an economic point of view, the use of water atomization to produce ferrous alloys for laser powder bed fusion could be very attractive considering its much higher production rate and production costs significantly lower. This thesis investigates the use of S7 tool steel powder produced by water atomization for additive manufacturing by laser powder bed fusion. In order to be able to substitute gas atomization by water atomization, this thesis will optimize the water atomization process as well as the chemistry of the original alloys in order to maximize the particle sphericities (morphology) while minimizing the oxygen content. Thus, tool steel powders suitable for additive manufacturing could be produced at a fraction of the cost of those obtained by gas atomization. Moreover, to understand the relationship between powder flow and the morphological characteristics of individual particles, artificial intelligence is used as a tool to establish links between these properties. Micrographs of the powders produced were acquired by scanning electron microscopy to be subsequently segmented into individual particles. The micrographs of individual particles or their shape descriptors are then processed using artificial intelligence to corelate the information collected on individual particles with the rheological properties of powder specimens. Finally, to verify the suitability of using S7 tool steel powder produced by water atomization in laser powder bed fusion process, the powders produced by water atomization were used to produce parts and determine their mechanical properties such as tensile strength, ductility and impact toughness. This work provides new knowledge on the relationships between the physical properties of powders and their rheological properties, but also on the feasibility of using water-atomized powders in additive manufacturing on a powder bed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/125545 |
| Date | 28 September 2023 |
| Creators | Mutel, Denis |
| Contributors | Blais, Carl |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xiv, 147 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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