Soutenance de thèse de Saptarshee MITRA

Résumé

Les techniques traditionnelles pour la production des moules et des noyaux en sable utilisés en fonderie pour la coulée de métaux sont actuellement en cours de remplacement par des méthodes de fabrication additive, afin d'aider l’industrie aérospatiale/automobile à fabriquer des pièces de forme complexe d'une manière pratique.

Le but de ce travail de recherche est d'étudier les propriétés fonctionnelles des moules imprimés en 3D utilisés lors de la coulée des pièces de forme complexe pour des applications d'ingénierie. Premièrement, le comportement mécanique des moules en sables imprimés en 3D a été analysé et caractérisé pour de différents paramètres du processus d'impression. Ensuite, les propriétés mécaniques et de transport de masse des moules en sable 3DP ont été étudiées. Les pièces imprimées en 3D pour la fonderie sont souvent fabriquées avec un type de technologie de fabrication additive appelé « powder-binder-jetting process » (processus de projection de liant de poudre). Des mesures sur trois points de la force de flexion, la densité, la porosité et la perméabilité, ont été effectuées sur les moules fabriqués avec la technologie additive.

En plus, l’influence de la température et de la fraction volumique du liant sur les propriétés mécaniques et de transport de masse a également été étudiée.
Par ailleurs, la perméabilité des moules en sable imprimé a aussi été caractérisée par micro-tomographie de rayons X, permettant la modélisation avancée de la microstructure poreuse en suivant plusieurs étapes :
1) tomodensitométrie de petits échantillons de moules 3DP,
2) reconstruction volumétrique 3D de données,
3) simulation numérique pour la prédiction de la perméabilité à partir de volumes reconstruits,
4) modélisation du réseau de pores pour déterminer la distribution de la taille des pores et des constrictions.

Des expériences ont également été conçues pour étudier les moules imprimés en 3D en termes d'érosion lors de la coulée des métaux. Cela a permis d’identifier les paramètres optimaux du procédé d’impression 3D des moules, non seulement en termes de leurs propriétés mécaniques et de transport de masse, mais aussi pour minimiser l'érosion du moule durant la coulée métallique. Une méthode de détermination de la résistance à l'érosion des moules en sable a également été proposée, sur la base de la mesure du volume de la surface érodée à l'aide d'une technique d'ingénierie inverse moderne.