Une thèse sur l’impression 3D d’acier

Ingénieur fraîchement diplômé de la spécialité Matériaux en 2021, Jules a choisi de poursuivre en recherche et a donc commencé une thèse au sein du laboratoire de recherche UMET (Unité Matériaux Et Transformations) à l’Université de Lille.

Membre actif du FabLab (il a été FabManager) de l’école durant tout son cursus à l'école, il a été plus que sensibilisé à l’impression 3D ! C’était son domaine de prédilection… Il a d’ailleurs effectué un stage ingénieur chez TiZYX fabricant d’imprimantes 3D, une entreprise créée par Frédéric Bouillon, ingénieur Polytech lillois. Il s’est donc assez naturellement orienté vers une recherche liée à la fabrication additive avec un matériau particulier, l’acier.

L’impression 3D révolutionne tous les secteurs de l’industrie. Pour le plastique, la pratique a été grandement facilitée car le matériau s’y prêtait bien. Mais pour le métal, l’impression 3D n’est pas toujours évidente. Même s’il existe des technologies pour des secteurs à très haute valeur ajoutée, comme le médical (les prothèses) ou l’aéronautique. Les techniques d’impression sont très onéreuses. La fabrication pour les prothèses par exemple est faite sur « lit de poudre », process certes très précis mais long, polluant et exigeant (la poudre doit être parfaitement sèche). On ne peut pas travailler à grande échelle et les coûts sont très importants.

« En ce qui me concerne, le périmètre de ma recherche s’attache à des techniques moins fines et précises. La technique utilisée pour mon étude est plus « rudimentaire » mais elle a des visées sur des pièces plus massives et plus simples. C’est la fabrication additive par fil :  on a simplement un poste à souder qui est monté sur un bras robot classique. L’acier que j’étudie est aussi particulier, c’est celui utilisé par EDF, l’acier de grandes turbines… L’idée ce serait de pouvoir remplacer des pales de turbines. Donc de grosses pièces mais simples. »

L’objectif de ma thèse, c’est de pouvoir mieux comprendre ce qu’il se passe dans le processus d’impression 3D avec ce métal. Je pars de la pièce que j’ai imprimée et j’explique son « comportement », c’est-à-dire tout ce qu’il s’est passé au niveau du processus. Donc je vais me servir d’outils de caractérisation classiques comme la microscopie mais aussi de simulations. S’il y a 100 couches, il y a 100 événements thermiques qu’il faut analyser. Le fil d’acier fond à 1 000 degrés, et quand on dépose une couche de métal, il se solidifie et prend une forme particulière. Quand on redépose une couche par-dessus, celle-ci vient réchauffer le métal d’en dessous et ça va faire évoluer la structure… donc l’idée c’est de voir ce qui se passe quand une pièce et réchauffée 200 fois pour faire une impression ! »

La technologie sur laquelle Jules travaille n’existe pas encore à l’échelle industrielle. Il est allé à l’institut de soudure de Metz pour imprimer une première pièce auprès d’un chercheur qui avait fait sa thèse sur l’optimisation de la technique d’impression 3D métal. « Mais je pense qu’à l’école, ce serait également faisable, nous avons les robots et les postes à soudure. »

La thèse de Jules à l’UMET : « Evolution de la microstructure d’un acier inoxydable mis en forme par fabrication additive : expérience et simulation » encadrée par Marie-Noëlle Avettand-Fenoel (Polytech Lille) et Ludovic Thuinet (Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille).

Retour à la newsletter