Fabrication additive pour application sous vide

Projet 3D METALFA

métal

JENZER - 6 Novembre 2019 Fabrication additive pour application sous vide 1

4ème rencontre nationale du Réseau des Technologies du VIDE

Fabrication additive pour application sous vide

4 au 7 novembre 2019 à Obernai

Projet 3D METALFA

métal


Introduction

Valeurs ajoutées de la FA pour nos thématiques

Les procédés de FA métal

Prospective sur la FA métal pour les laboratoires de l’IN2P3

Objectifs du projet 3D Métal

Optimisation topologique

Les partenaires

Caractéristiques matériaux - Analyses de surface

Tenue au vide et FA

Réalisations possibles ? en FA

Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


Historique

1952 Kojima démontre les avantages de la fabrication par couches superposées.

1984 1er brevet par le français Jean-Claude André, suivi par l’américain Chuck Hull 1 mois plus tard.

1986 Chuck Hull crée 3D Systems.

1988 Sortie par 3D Systems de la toute 1ere imprimante 3D, la SLA-250. Scott et Lisa Crump créent l’entreprise Stratasys -

Développement du procédé FDM (Fused Deposition Molding).

1990 Prototypage rapide. Réalisation de maquettes.

1995 Outillage rapide. La fabrication additive est utilisée pour la réalisation de moules et pour produire des pièces de préséries.

1997 Fondation de ARCAM (Suède) et lancement du procédé EBM (Electron Beam Melting).

2000 Fabrication rapide. La fabrication additive est utilisée pour des pièces de production en petites et moyennes séries. Développement

de la technologie SLM (Selective Laser Melting).

2002 1ere implantation d’une machine EBM dans l’industrie.

2014 DMG-MORI (Allemagne - Japon) présente la 1ere machine hybride additive/soustractive.

2011 – 2014 Augmentation des ventes d’imprimantes 3D de 150 % / an en moyenne.

Projet 3D METALFA

métal


▪ Géométries complexes et imbriquées

▪ Pièces creuses

▪ Capteurs et électronique intégrés aux polymères

▪ Pièces multi-matières

▪ Fabrication directe de petites séries sans outillage

▪ Diminution du nombre de pièces dans un ensemble

▪ Pas de corrélation entre la complexité d’un objet et son prix

▪ Réduction des délais de fabrication

▪ Allègement de structures

▪ Canaux de régulation thermique

▪ Passage de fluides

TURBOMECA – Injecteur de carburant1 seule pièce au lieu de 12 - 40 000 par an

AIRBUS - Connecteur de l’A350Poids réduit de 30%

PréambuleImpression 3D est un terme de marketing inventé pour remplacer le nom de stéréo lithographie.

Dans le milieu professionnel, on utilise principalement le terme de fabrication additive (FA).

Créée à l’origine pour le prototypage rapide, l’impression 3D sert de plus en plus à la réalisation de produits finis.

Projet 3D METALFA

métal


Préambule

La FA regroupe plus d’une trentaine de technologies différentes7 familles de base classifient les procédés de fabrication additive (NF E 67-001 et NF ISO17296-2)

➢ Polymérisation d’une résine sous l’action d’un laser

➢ Projection de gouttes de matériau

➢ Projection d’un liant sur un substrat de type poudre

➢ Solidification de poudre sous l’action d’une source d’énergie de moyenne à très forte puissance (laser ou faisceau d’électrons)

➢ Projection de poudre (ou fusion de fil) dans un flux d’énergie (laser ou plasma)

➢ Fusion de fil au travers d’une buse chauffante

➢ Assemblage de couches à partir de feuilles ou de plaques découpées

Projet 3D METALFA

métal


Conception numérique ou rétro conception en 3D de l’objetCAO, scanner 3D

Conversion et préparation en fichier numérique pour la fabrication

Fabrication de l’objet par empilement de couches

Finitions Nettoyage, enlèvement des supports, reprises d’usinage, traitements thermiques, chimiques….

Principe de la FA

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal



Détecteurs pour la physique des particules :

▪ structures de faible densité

▪ matériaux à bas bruit de fond (physique du neutrino)

Technologie des accélérateurs :

▪ diminution du nombre de pièces d’ensembles complexes

▪ canaux de régulation thermique intégrés

▪ technologie du vide

• électrons secondaires

• diminution du nombre de brasures et de soudures

Astrophysique :

▪ optimisation des masses

Autres…

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


Sur lit de poudre

Fusion sélective par laser (SLM : Selective Laser Melting)Fusion par un laser d’une poudre métallique dans une atmosphère contrôléeAcier inoxydable, acier à outils, chrome-cobalt, inconel, aluminium, titane

Fusion par faisceau d’électrons (EBM : Electron Beam Melting)Fusion par un canon à électrons d’une poudre métallique dans une atmosphère contrôléeAluminure de titane, inconel 718, chrome-cobalt

Apport direct

Projection de poudre en fusion (DED : Directed Energy Deposition)Projection de poudre métallique injectée et fondue dans un faisceau laser Acier inoxydable, acier à outils, chrome-cobalt, inconel, aluminium, titane

Dépôt de fil en fusion (WAAM : Wire Arc Additive Manufacture)Dépôt de fils métalliques fondus par faisceau d’électrons ou plasmaTitane, aluminium, nickel, acier maraging, acier inoxydable, chrome-cobalt


Projet 3D METALFA

métal


Fusion de la matièrepar un laser

sur un lit de poudre

SLM(Selective L aser Melting)

SLS (Selective Laser Sintering)

DMS (Direct Metal Sintering)

ALM (Additive Layer Manufacturing)

DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

PBF (Power Bed Fusion)

Fusion sous gaz neutre(argon ou azote)

L’enceinte est à température ambiante

Fusion de la matièrepar un faisceau d’électrons

sur un lit de poudre

EBM(Electron Beam Melting)

Fusion sous vide(10-6 mbar au départ et remonté pendant la

fabrication par saturation d’hélium jusqu’à 10-3

mbar)

L’enceinte est à 800°Cpour une fusion à 1000°C

Projection de matière en fusion par laser

DED(Directed Energy Deposition)

Projection à l’air libreou sous gaz neutre

(argon ou azote)

L’enceinte est à température ambiante

CLAD -DMT - LAAMLCT - DLD - DLFDMD - LC - LDT

LENS - LFMTLMD - MPA

Quelques acronymes en fabrication additive métal

Projet 3D METALFA

métal


Machines à fusion des métaux

ARCAM A2XFusion par faisceau d’électrons (EBM)

(Electron Beam Melting)

Mobile CLADProjection de poudre en fusion (CLAD)(Construction Laser Additive Directe)

SLM 500 HLFusion laser sur lit de poudre (SLM)

(Selective Laser Melting)

Pièces structurelles en alliagesde titane pour l’aérospatiale

Fabrication et réparationde pièces complexes

R & D et productionde pièces complexes

Titane, inconel 718, chrome-cobaltAcier inoxydable, acier à outils, chrome-cobalt, inconel, aluminium, titane

Projet 3D METALFA

métal


«Le futur» : centres d’usinage hybride

Aciers inox, inconels, tungstène-nickel, bronze, laiton, alliages Cr-Co-molybdène, stellite, acier à outils

Machines à fusion des métaux

LASERTEC 65 3DProjection de poudre en fusion (CLAD)(Construction Laser Additive Directe)

L’INTEGREX i-400AMProjection de poudre en fusion (CLAD)(Construction Laser Additive Directe)

LUMEX Avance-25Fusion laser sur lit de poudre (SLM)

(Selective Laser Melting)

DMG MORI MAZAK MATSURA

Projet 3D METALFA

métal


Technologies en émergences

LAAM (Laser Aided Additive Manufacturing)Système CLAD avec un faisceau laser plus puissantGrand volume de fabrication, vitesse d’impression 1kg de matière par heure

LMD-w (Laser Métal Déposition - wire)Procédé LMD, mais avec du fil métallique au lieu de la poudrePièces de grande dimensions - Contrôle du dépôt et des propriétés du matériau

H-WAAM (Hybrid Wired Arc Aditive Manufacturing) Semblable au procédé WAAM. Dépôt de filaments métalliques fondus par torche plasma.10 fois plus rapide - Pièce de plus d’1,5 mètre - Matière 5 fois moins chère / poudres métalliques.

RAF (Rapid Additive Forging)La technologie RAF est proche de la technologie WAAMSous atmosphère inerte; contrôle de l’oxydation - Absence de porosité - Tenue mécanique supérieure aux technologies SLM ou EBM.

Machine à poudre avec liantDépôt de filaments plastiques chargés en métal.Frittage dans un four micro-onde haute puissance 1400° pour éliminer le liant jusqu’à 98 % de densité.

Etc…

Technologie 3D Metal Forge

Technologie Prodways

Technologie Desktop Métal

Ph. Repain (LPNHE)

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal



10 laboratoires :

LPC, LPSC, LAPP, CPPM, SUBATECH, IPHC, LPNHE, LLR, IPNO, LAL

17 agents :

J. Bonis, H. Carduner, AM. Cauchois, G. Deleglise, H. Franck de Preaumont, J. Giraud, A. Gonnin, E. Guerard, S. Jenzer, M. Krauth, J. Laurence, B. Mercier, F. Peltier, P. Repain, S. Roni, M. Roy, L. Vatrinet

4 spécialités :

Fabrication mécanique, bureaux d’études, technologie du vide, calcul de structure

Projet 3D Métal

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal



Démontrer l’utilité de la FA métal pour nos laboratoires

à nos principaux demandeurs

à nos bureaux d’études à nos ateliers de fabrication

les physiciens

Projet 3D METALFA

métal


• Impact sur les BE et les ateliers

➢ Nouveaux logiciels

➢ Nouveaux modes de conception

➢ Apprendre à sous-traiter

• Evaluation des sous-traitants en France

➢ Liste des sociétés

▪ Leurs structures

▪ Le ou les procédés utilisés

▪ Leurs savoirs-faire

• Actions de R&D

➢ Compatibilité UHV

➢ Caractérisation matériaux

• Technologies disponibles

➢ Opérationnelles ou en phase de R&D

➢ Matériaux, poudres utilisées, H&S,…

➢ Coût de l’acquisition d’une machine de FA

▪ humain

▪ financier

• Post-traitement

➢ Reprise d’usinage

➢ Traitement thermique

➢ Amélioration des états de surface

• Retour d’expériences

➢ Réalisation de prototypes

➢ Location de machine

Projet 3D Métal évaluationdes impacts de la FA métallique dans nos laboratoires

Projet 3D METALFA

métal


Partenaires impliqués

Les institutionnels :

• LMS Polytechnique – Procédé CLAD

• IPNL – Tests de corrosion

• La plateforme PANAMA, l’école Polytech Paris-Sud, ICMMO – Caractérisation de matériaux

Les sociétés :

• AGS Fusion et BV Proto avec contrat de CR effectif

• OPT’ALM avec contrat de CR en cours de rédaction

• PRISMADD et INITIAL sous-traitants

Quatre groupes de travail

• Conception, calcul J. Giraud (LPSC)

• Procédés P. Repain (LPNHE)

• Partenaires M. Krauth (IPHC)

• Post-traitements A. Gonnin (LAL)

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


L’optimisation topologiqueJ. Bonis

(LAL)

En test au LAL J. BonisINSPIRE d’ALTAIR

En test au LPSC J. Giraud Le module d’ OT d’ANSYS

Pièce initial Résultat d’OT InterprétationCAO de l’OT

Résultat d’OT (STL)

Le résultat d’une OT est un nuage de faces non utilisable tel quel.

Les formes générées nécessitent la création de nouvelles CAO.

De part leurs complexités (forme organique….) l’utilisation des modeleurs usuels en mécanique peut-être difficile.

Recourt à des modeleurs issues du design (polynurbs, surfacique..).

L’optimisation topologique permet de produire des formes structurelles« idéales » en fonction des chargements appliqués.

Projet 3D METALFA

métal


Géométrie organique issue d’OTCertain Logiciel d’OT intègre les structures lattices

Selon logiciel :

Chargement : Efforts, inertiels, thermique, pré-tension de vis, déplacements imposés….Analyse en flambementContraintes d’optimisation aux efforts de réactions

Associé à modeleur polynurbs

L’optimisation topologiqueTrouver la répartition de matière idéale dans un volume donné soumis à des efforts

Minimiser la masse ou maximiser la raideur

J. Bonis(LAL)

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


AGS Fusion35 route du champ Biolay01580 Izernore

AGS Fusion filiale du groupe AGSFabrication additive inox et titane. Procédé SLM

Petite structure

- Deux machines à fusion des métauxEOS M290 et SLM Solution 280 H

- Quatre personnes

PME-PMI : BV ProtoFabrication additive inox. Procédé SLM

Petite structure

- Deux machines à fusion des métauxEOS M270 et EOS M280

- Deux personnes

BV ProtoRue de Leupe90400 Sévenans

BV PROTO est adossée à une structure de recherches : le LERMPS-UTBM-PERSEE qui conduit des travaux de recherches, entre autres, sur l'élaboration de poudres par atomisation.

Contrats de collaboration-recherche signés en septembre 2017

Projet 3D METALFA

métal


Laboratoire de Mécanique des SolidesInstitut National Polytechnique

Lettres d’intention entre DU en cours de rédaction

Procédé CLAD de projection de poudre dans un faisceau laser

LMS de l’Ecole PolytechniqueProcédé EBM de fusion des métaux sous

faisceau d’électrons

Plateforme Gi Nova Primeca

Projection matière en fusion procédé Beam

Tubes pour tests UHV

Multi-cordons316 L Si Mur pour éprouvettes

316 L Si

Projet 3D METALFA

métal


OPT’ALM Additive Manufacturing Options Groupe ROSSI AERO Machine MODULO 400 Beam - Procédé DED (Directed Energy Deposition)

▪ Machine 5 axes continus

▪ Fibre laser 2 kW

▪ Atmosphère contrôlée : configuration

avec un gaz inerte (< 40 ppm O2)

▪ Zone de dépôt de fusion

(X, Y, Z) 600 x 400 x 400 mm

Construction des éprouvettes mono-cordon (1h30)

Cordon de 2mm

Machine MODULO 400 Beam

Projection matière en fusion procédé Beam

Tube pour tests UHVCollerette basse (multi-cordons)

Tube mono-cordon ou multi-cordons (2 cordons)Collerette haute (multi-cordons)

Projet 3D METALFA

métal


Machine à fusion des métaux EOS M280

Location machine 8H par jour

• Poudre INOX 316L incluse

• Fourniture des énergies

• Mise à disposition d’un technicien

• Réservation maximum sur 2 jours consécutifs

• Mise à disposition de tout l’équipement nécessaire à la mise en œuvre de la machine

Coût journalier 350€

Location d’une machine SLM

HYPERION LASERZ.A.C du Curtillet39170 PRATZ

Fusion sur lit de poudre

Couche fusionnée

Racleur pour dépose couche de 40 microns

Projet 3D METALFA

métal


Retours d’expériences sur machine SLM – EOS280

Deuxième groupePremier groupe

La location pendant deux jours consécutifs d’une machine SLM à la société Hypérion, basée dans le Jura, a permis à des binômes étude–atelier issusde différents laboratoires de l’IN2P3 de conduire des expériences pratiques sur les difficultés rencontrées lors de l’utilisation de ce type de machine.

6 groupes de 2 personnes pendant deux jours (Atelier - BE)

LPSC Grenoble, CPPM Marseille, SUBATECH Nantes, IPHC Strasbourg, LAL Orsay

A venir 4 autres groupes LLR Palaiseau, IPNO Orsay, LPCC Caen, LPNHE Paris

Troisième groupe

Sixième groupe

Quatrième groupe

Cinquième groupe

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


Comparer les caractéristiques d’éprouvettes réalisées en FA par différents procédés, avec des éprouvettes réalisées en fabrication standard (FS)

Caractéristiques matériaux

Procédés

➢ SLM

➢ EBM

➢ CLAD

➢ FS

Matériaux

➢ Inox 316 L

➢ Titane TA6V

Températures

➢ 293 K

➢ 77 K

➢ 4,2 K

Fabrication

➢ Sous-traitant

➢ Sens de fabrication

➢ Types machines

➢ Programmes

Post-traitements

➢ Sans

➢ Thermiques

➢ Chimiques

4 séries d’éprouvettes 0°, 45°,90° et témoins J. Laurence (CPPM), A. Gonnin (LAL), BV Proto

Eprouvette de traction normalisée

Machine de traction MTS-30M de 150 kN

Couche par couche anisotrope

Projet 3D METALFA

métal




Sociétés Machines Pro. Clés Ep. (µm)

Poudres Granulométrie (µm)

Nbrde recyclages

BV Proto EOS M280 SLM Maison 40 ERASTEEL 20-125 ?

AGS Fusion Solution 280H SLM SLM Solution 40 EOS 20-50 ?

Prismadd 3DSytèmes PROX300 SLM 3DSytèmes 40 3DSytèmes ? ?

Initial EOS M270 SLM EOS-Maison 20 EOS 20-50 10 à 15

Plateau AGS Fusion

Plateau Initial

Plateau PrismaddPlateau Initial

Projet 3D METALFA

métal



MTS-30M de 150 kN

Eprouvette Prismadd 45°

Eprouvette Prismadd 45°


316-L Pos. /Plateau

BVProto

AGS Fusion

Prismadd

Initial CPPM LPSC

FASLM 0° 15 15 15 15 --- ---

FASLM 45° 15 15 15 15 --- ---

FASLM 90° 15 15 15 15 --- ---

Usina --- --- --- --- --- 4 ---

D à fil --- --- --- --- --- --- 15

Tests de tractions

• CPPM Marseille

• Dacm Saclay (CEA-Irfu)

• LAL Orsay

M. Guerrier : stage IUT BloisTutelle : J. Bonis

Projet 3D METALFA

métal




Résultats différents selon • le fournisseur• l’angle d’impression

Meilleurs résultats • I3D à 45°• I3D horizontale• I3D verticale

• limite élastique supérieure• résistance supérieure• allongement plus faible

Eprouvettes en FA

M. Guerrier : stage IUT Blois Tutelle : J. Bonis

Projet 3D METALFA

métal




Différence à minima : 107,4 Mpa

Limite élastique Traditionnelle : 312,8 MPa (2 écart-type) (2 écart-type = 95,4 % des valeurs)Limite élastique I3D verticale (plus basse valeur) : 420,2 MPa (2 écart-type) Moyenne A% traditionnelle = 71,7 % ; Moyenne A% i3D = 43,5 %

J. Bonis

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

R (

MP

a)

e %

Fournisseur A

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

R (

MP

a)

e %

Fournisseur B

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

R (

MP

a)

e %

Fournisseur C

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

R (

MP

a)

e %

Fournisseur D

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

R (

MP

a)

e %

Traditionnelle

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

R (

MP

a)

e %

Traditionnelle

Projet 3D METALFA

métal



Caractéristiques matériauxJ. Bonis

Murs LMS pour éprouvettes

Multi cordons -Recouvrement 40%

Inox 316L - Si

Réalisation par découpe fil de 15 échantillons

pour divers tests

(microstructure, densité, composition …)

Eprouvettes LMS - Découpe fil du LAL

Forme de l’échantillon :

Projet 3D METALFA

métal



Caractéristiques matériauxJ. Bonis

Murs OPT’ALM pour éprouvettes

Mono cordonsBuse 2 mmInox 316L

Murs OPT’ALM pour éprouvettes

45 éprouvettes

15 en positions horizontales / au plateau (sens) de fabrication15 en positions verticales / au plateau (sens) de fabrication

15 en positions inclinées à 45° / au plateau de fabrication

Essais de traction par paquet de 5 de chaque positions5 brut de FA - 5 avec tth 1050° - 5 à température cryogénique

Forme des échantillons

Réalisation par découpe fil de

45 éprouvettes pour tests de

tractions (LPSC à Grenoble)

Réalisation par découpe fil de

15 échantillons pour tests

(microstructure, densité,

composition …)

Projet 3D METALFA

métal


Caractéristiques matériaux - Analyses de surfaceCaractérisation de surface de matériaux réalisés en FA par différents procédés

Groupe technologies vide et surfaces du LALS. Bilgen, B. Mercier, G. Sattonnay

Procédés

➢ SLM

➢ EBM

➢ CLAD

➢ FS

Matériaux

➢ Inox 316 L

➢ Titane TA6V

Températures

➢ 293 K

➢ 77 K

➢ 4,2 K

Fabrication

➢ Sous-traitant

➢ Sens de fabrication

➢ Types machines

➢ Programmes

Caractéristiques

➢ Microstructures

➢ Densités

➢ Compositions

➢ Rugosités

Post-traitements

➢ Sans

➢ Thermiques

➢ Chimiques

Echantillon brut Echantillon poli

Outils de caractérisation et mise en œuvre :

➢ Plateforme PANAMA

➢ Polytech Paris-Sud

Projet 3D METALFA

métal



Groupe technologies vide et surfaces du LAL : S. Bilgen, B. Mercier, G. Sattonnay

Méthode d‘Archimède

Microscope ConfocalMicroscope Electronique à

Balayage (MEB)Dureté Vickers SIMS* Diffractomètre*

Densité réelleAnalyse de la surface

(structure)Composition chimique

Micro et Macro duretés. Force d’essai de3N et 1840N

Composition chimique

Analyse cristalline

Rugosité Distribution spatiale des éléments Rugosité Microstructure

Microscope confocal : rugosité locale Résultats préliminaires nécessitant un approfondissement de l’étude, ainsi qu’un renforcement significatif du nombre de mesures avant toute conclusion

AGS Fusion - Machine : Solution 280 H - Procédé SLM

Programme constructeur – Ep. couches : 20 µm

BV Proto - Machine : EOS M280 - Procédé SLM

Programme maison – Ep. couches : 40 µm

Rugosité locale Ra = 24 ± 5 µm sur une zone de quelques mm2

Mesures à faire

Microscope confocal - Grossissement x50

Projet 3D METALFA

métal




Résultats préliminaires nécessitant un approfondissement de l’étude, ainsi qu’un renforcement significatif du nombre de mesures avant toute conclusion

Macro-duromètre – Vickers

Micro-duromètre – Vickers

219 ± 10 HV 231 ± 10 HV

224 ± 10 HV220 ± 10 HV

La dureté d’un inox 316L standard varie de :

200 HV (recuit) à

400 HV (écroui)

Essais de dureté

Densité : 7.86 ± 0.05 g.cm3

(Moyenne sur 2 échantillons)

Densité : 7.58 ± 0.05 g.cm3

(Moyenne sur 2 échantillons)

Mesures de densité par la méthode d’Archimède

Densité théorique : 7.96 g.cm3

Mesure de densité

AGS Fusion – Machine : Solution 280 H

Procédé SLMProgramme constructeur

Ep. couches : 20 µm

BV Proto - Machine : EOS M280

Procédé SLMProgramme maisonEp. couches : 40 µm

Inox 316L standard

Projet 3D METALFA

métal



AGS Fusion – Machine : Solution 280 H - Procédé SLM

Programme constructeur – Ep. couches : 20 µm

BV Proto - Machine : EOS M280 - Procédé SLM




Analyse chimique - MEB-EDX

La composition s’apparente à un 316L standard

Les échantillons sont homogènes dans leur composition

Eléments Cr Ni Fe Mo Si Mn

%massique 17,7 13,7 63,0 2,8 0,4 1,3

Eléments Cr Ni Fe Mo Si Mn

%massique 17,8 14,6 62,8 2,9 0,3 1,6

Projet 3D METALFA

métal



AGS Fusion – Machine : Solution 280 H - Procédé SLM

Programme constructeur – Ep. couches : 20 µmBV Proto - Machine : EOS M280 - Procédé SLM




Images de la surface brute – MEB

Analyse microstructure – MEB/microscopie optique après polissage

Microstructure en grains, taille ≈50 µm Microstructure en écailles, taille ≈150 µm

MEB - échelle 50 µm MEB - échelle 50 µm MEB - échelle 500 µm MEB - échelle 500 µm

Projet 3D METALFA

métal



Tests en cours

Sociétés Machines Pro. Clés Ep. (µm) Poudres Granulométrie (µm) Nbrde recyclages

BV Proto EOS M280 SLM Maison 40 ERASTEEL 20-125 ?

AGS Fusion Solution 280H SLM SLM Solution 40 EOS 20-50 ?

Prismadd 3DSytèmes PROX300 SLM 3DSytèmes 40 3DSytèmes ? ?

Initial EOS M270 SLM EOS 20 EOS 20-50 10 à 15

Hypérion EOS M280 SLM EOS (Acier maraging) 50 ? ? ?

316-L Pos. /Plateau BV Proto AGS Fusion Prismadd Initial Hypérion

Géométries

FA SLM 0° 10 11 11 5 5

FA SLM 90° 9 9 11 6 4

S. Djilali : stage IUT d’Orsay Tutelle : G. Sattonnay (LAL)

Projet 3D METALFA

métal



Tests en cours

EchantillonsConfocal

(Supratech)SIMS

(Supratech)Mesure de

densitéMicro dureté

(Polytech)MEB/EBSD

(ICMMO)MEB/EDX(Polytech)

DRX (LAL)

MEB (Polytech)

Brut de réception x x x x -- -- -- --

Polissage x -- -- x x x x --

Polissage +attaque chimique

x -- -- -- -- -- -- x

Tth 1100°C + polissage +attaque chimique x -- -- -- -- -- -- x

DRX : structure et textureMEB : microstructure, taille et morphologie des grains

MEB de table /EBSD : Texture

Microscope confocal : rugosité de surfaceSIMS : pollution et contaminationMEB / EDX : homogénéité de composition



Tests en cours – Premiers résultats

Projet 3D METALFA

métal


BV ProtoMicro dureté moyenne après polissage : 203,5 ± 5,2 HVRugosité moyenne en surface brut de réception: 10 ± 1 µm

AGS

PrismaddMicro dureté moyenne après polissage : 204 ± 6 HVRugosité moyenne en surface brut de réception : 15 ± 1 µm


Micro dureté moyenne après polissage : 213 ± 5 HVRugosité moyenne en surface brut de réception : 11 ± 1 µmcc

Projet 3D METALFA

métal


La composition s’apparente à un 316L standard ---------- Les échantillons sont homogènes dans leur composition

Caractéristiques matériaux - Analyses de surfaceRésultats préliminaires pour trois échantillons 0°

Élément % massique% Masse

Sigma% atomique

Cr 17,7 0,2 18,8

Fe 67 0,4 66,2

Ni 11,7 0,3 11,0

Mo 2,1 0,2 1,2

Si 1,2 0,1 2,4

Al 0,2 0,1 0,4

Total 100 100

Spectre EDX BV Proto ParallèleSpectres MEB-EDX - Composition chimique

→Présence d’aluminium (impureté?)BV Proto

AGS Fusion

Prismadd


Sigma% atomique

Cr 18,3 0,3 19,7

Fe 63,8 0,4 63,8

Ni 15,2 0,4 14,5

Mo 2,4 0,3 1,4

Si 0,3 0,1 0,6

Total 100 100

Spectre EDX AGS Parallèle


Sigma% atomique

Cr 16,2 0,3 17,4

Fe 67,2 0,6 67,1

Ni 11,7 0,5 11,1

Mo 2,5 0,3 1,5

Si 0,6 0,1 1,1

Mn 1,9 0,3 1,9

Total 100 100

Spectre EDX Prismadd Parallèle

Projet 3D METALFA

métal


Caractéristiques matériaux - Analyses de surfaceRésultats préliminaires pour trois échantillons 0°

EBSD – DRX - MEB

BV Proto

AGS Fusion

Prismadd

111

200 220311

2220

10000

20000

35 45 55 65 75 85 95 105

Inte

nsi

té

Angle 2θ (°)

Diffractogramme

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,4

0,6

0,7

0,9

1,1

1,3

1,7

2,1

2,6

3,3

4,1

5,1

6,4

7,9

9,9

12

,3

15

,4

19

,2

24

,0

29

,9Are

a fr

acti

on

Diamètre des grains (µm)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,5

0,6

0,8

1,0

1,4

1,8

2,3

3,1

4,0

5,3

6,9

9,1

11

,9

15

,6

20

,5

26

,9

35

,3

46

,3

60

,8

79

,8

Are

a fr

acti

on


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,5

0,6

0,8

1,0

1,3

1,7

2,1

2,8

3,6

4,7

6,0

7,8

10

,1

13

,1

17

,0

22

,0

28

,4

36

,8

47

,7

61

,8Are

a fr

acti

on


111

200

220 311 2220

10000

20000

30000

40000

50000

35 45 55 65 75 85 95 105

Inte

nsi

té

Angle 2θ (°)

→Présence d’une orientation préférentielle des grains autours de (110)

→Présence d’une orientation préférentielle des grains autour de (001)

→Pas d’orientation préférentielle des grains

?

111200

220

311222

0

5000

10000

15000

20000

35 45 55 65 75 85 95 105

Inte

nsi

té

Angle 2θ (°)


Projet 3D METALFA

métal


Caractéristiques matériaux - Analyses de surfaceComparaison d’échantillons en 316L réalisés par FA chez différents fournisseurs


Photo des échantillons bruts de réception

➢ Composition proche d’un 316L standard

➢ Présence d’aluminium et taux de nickel un peu élevé dans certains échantillons

➢ Différences importantes de microstructures

➢ Peu de modification après traitement thermique

BV Proto :

non texturé

AGS :

texturé (101)

Prismadd :

texturé (001)

Parallèle

Perpendiculaire

BV Proto :

non texturé

AGS :

texturé (111)

Prismadd :

texturé (101)

BV Proto AGS Prismadd

Analyse EBSD – MEB

Deux orientations :

Parallèle Perpendiculaire

Projet 3D METALFA

métal


Caractéristiques matériaux - Analyses de surfaceConclusion microstructures Gaël Sattonnay LAL

Aspect chimique :• Présence d’Al dans les échantillons de A (attention à

la contamination)

Aspect microstructurale :• Formation de grains colonnaires

• Taille de grains plus importante pour les échantillons B et C que celle des échantillons A• Echantillons de B et C sont texturés

Aspect mécanique :• Echantillons de C sont les plus durs

• Anisotropie induite par l’anisotropie microstructurale (notamment pour B et C)

Perspectives :• Mesures de densité (porosité résiduelle?)

• Réaliser les analyses sur un plus grand nombre d’échantillons• Corréler les propriétés mécaniques à la microstructure

➢ Utiliser la même méthode de fabrication de synthèse additive ne garantit pas d’avoir des pièces avec les

mêmes propriétés physico-chimiques (et mécaniques).

➢ Méthode de fabrication par SLM → Anisotropie des propriétés.

➢ Influence de nombreux paramètres : la puissance du laser, la vitesse de passage du laser sur la poudre,

l’environnement de fabrication, la température, la vitesse de refroidissement etc.

➢ Il est important de maîtriser les conditions d’élaboration !!! Achat d’une machine ??

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


Comparer la tenue au vide de tubes à embout KF et CF réalisés en FA par différents procédés avec des tubes de géométrie identique réalisés en fabrication standard (FS)

Tenue au vide et fabrication additive

Tube à embouts KFTube à embouts CF

Procédés

➢ SLM

➢ EBM

➢ CLAD

➢ FS

Matériaux

➢ Inox 316 L

➢ Titane TA6V

➢ Aluminium

Etanchéité

➢ Viton

➢ Aluminium

➢ CuivrePartenaires

➢ BV Proto

➢ AGS Fusion

➢ L. M. S.

➢ Gi Nova Primeca

➢ OPT’ALM

➢ ………

Tubes

➢ KF en FA

➢ KF en FS

➢ CF en FA

➢ CF en FS

Groupe technologies vide et surfaces du LAL : S. Bilgen, M. Alves, D. Grasset, F. Letellier, B. Mercier, É. Mistretta

Projet 3D METALFA

métal




Groupe technologies vide et surfaces du LAL : S. Bilgen, M. Alves, D. Grasset, F. Letellier, B. Mercier, É. Mistretta, G. Sattonnay

Installation de test avec détecteur et jauges

Montage de mesure du taux de dégazagePrésentation des résultats

Éric Mistretta (LAL)

Projet 3D METALFA

métal




Groupe technologies vide et surfaces du LAL : S. Bilgen, M. Alves, D. Grasset, F. Letellier, B. Mercier, É. Mistretta, G. Sattonnay

Inox 316L - SiInox 316L

FA par projection matière en fusion (Procédé DED)

Machines BeAm différentes

Diamètres buses de projections différentes

Matériaux différents Si 316L - 316L

Stratégies de déposes

A l’air ambiant - Sous gaz inerte

Nombre de cordons …etc….

Tubes brides CF et KF

Avec et sans reprise intérieure

Autre matériaux en FA à tester sous UHV : tungstène, titane et aluminium.

Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Montures de petites dimensions Ø 34 mm, ép. 10 mm

Projet 3D METALFA

métal


Monture GimbalConception Y. Peinaud (LAL)

➢ Tilt pour montage optique

➢ Centres de rotation confondus

➢ Tilt adapté aux contraintes du vide

➢ Matière TA6V ou 316 L

➢ Réalisable en découpe à fil Problème : dépôt de zinc

Ensemble GimbalØ 98 mm, ép. 43 mm

Poids montures 316-L : 1,33 kg

Poids TA6V : 0,76 kg

Montures Gimbal- Ø 98 mm, ép. 43 mm

Flex

Monture

Monture

Miroir

Projet 3D METALFA

métal


Monture GimbalConception pour FA A. Gonnin (LAL)

Procédé EBM – Matière TA6V Procédé SLM – Matière 316-L

➢ Diminution du nombre de composants

➢ Faible diminution du poids ≈ 4 %

➢ Diminution des coûts et du temps de fabrication

➢ Montures de très petites dimensions

➢ Problème de l’état de surface

➢ Travail en fatigue

Poids 316-L : 1,27 kgPoids TA6V : 0,73 kg

Projet 3D METALFA

métal


Structure pour chambre à videConceptions et calculs A. Migayron (LAL)

➢ Poids : 6,4 kg

➢ 26 pièces➢ Matière 316-L

➢ Procédé SLM➢ Diminution du nombre de composants

➢ Diminution du poids de 1/3

➢ Diminution du temps de fabrication

➢ Diminution du temps de conception

➢ Pièce plus précise : absence de soudures

➢ Retrait des supports

➢ Problème de l’état de surface

Calcul EF ANALYSIS

Plan de reprise après fabrication additivePlan de fabrication BPM

Projet 3D METALFA

métal


Beam Position Monitor striplineMesureur de position de faisceau BE LAL pour ThomX : D. Auguste (LAL)

▪ Vide : 10-9 mbar▪ Inox : 316 L

Ecorché BPM réalisation atelier du LAL

Plan de fabrication BPM

Fourreau extérieur

Fourreau intérieur

Bride DN40CF

Bride DN40CF

➢ 4 pièces

➢ Soudures

➢ Poids : 2,9 kg

➢ Prix : ???? €

Projet 3D METALFA

métal


Beam Position Monitor striplineCalculs et optimisation topologique J. Bonis (LAL) - Reprises d’usinages F. Gauthier et E. Guerard (LAL)

Plan de reprise après fabrication additive

BPM réalisé par fabrication additive BV Proto


INSPIRE d’ALTAIR

Calcul éléments finis ANSYS

➢ Conception pour la FA

➢ Pas de support

➢ Poids : 1,2 kg

➢ Prix : 2730 €

➢ 1 pièce

Projet 3D METALFA

métal


➢ Diminution du temps de conception

▪ Envoi d’un fichier

▪ Plan de reprise

➢ Diminution du temps de fabrication

▪ Temps de fabrication : 36 h Réception : t < 1 semaine

▪ Temps d’usinage : t < 1 semaine

▪ Temps de fabrication traditionnelle : t ≈ 6 semaines

➢ Diminution du coût

➢ Diminution du nombre de composants

▪ De 4 pièces à 1 pièce

➢ Diminution du poids de 2/3

➢ Diminution de l’encombrement de 20 mm

▪ De 200 à 180 mm pour des lames de longueurs identiques

➢ Géométrie plus proche des simulations

▪ Réalisation des lames ép. 2 mm

▪ Lames réalisées en usinage ép. 3 mm

▪ Pièce plus précise : absence de soudures

➢ L’état de surface peut être un problème (rugosité)

Beam Position Monitor stripline

Article publié dans le "Journal of Physics" http://ipac2018.vrws.de/papers/thpal016.pdf

Auteurs : S. Jenzer1, D. Auguste1, J. Bonis1, N. Delerue1, F. Gautier1, A. Gonnin1, O. Trofimiuk1 and A. Vion2. (1 : LAL - 2 : BV Proto)

http://ipac2018.vrws.de/papers/thpal016.pdf

Projet 3D METALFA

métal


Re-conception complète, itérations (optimisation topologique, modeleur 3D, éléments finis), réalisation BPM par FA. Temps de conception, de fabrication et coût financier fortement diminués / moyens conventionnels.

Géométrie plus proche des calculs de simulations.

A. Moutardier : stage de M1 Tutelle : N. Delerue (LAL)

Banc de test pour comparaison de trois BPM

Comparaison des 3 BPM

➢ Comportement similaire

➢ Bonne résolution (moins de 0.25mm au centre)

Courbe de la position y calculée en fonction de la position y réelle

Projet 3D METALFA

métal


Mesures de dégazage du BPM en FA

➢ Aucune pollution particulière

➢ Taux de dégazage du BPM : 6.10-11 mbar.l.s-1.cm-2

(Equivalent au taux de dégazage d’un inox standard)

Spectre du RGA avant l’ouverture de la vanne

Montage de mesure du taux de dégazage du BPM

Groupe technologies vide et surfaces du LAL : F. Letellier, B. Mercier, É. Mistretta

Montage des trois BPM sur PHIL

SDTM et DEPACC : M. Alves, A. Gonnin, D. Grasset, O. Vitez

Montage des 3 BPM sur l’accélérateur PHIL (09/2018)

Projet 3D METALFA

métal


Contraintes techniques :

• Faible encombrement.

• Légèreté de la pièce.

• Matériaux non conducteur(présence de HT à proximité).

• Suffisamment dure pour potentiellement subir le flux laser.

• Apres concaténation, impossible à réaliser en mécanique classique.

Sur un spectromètre de masse à séparation par mobilité ionique agir sur les protéines dans le spray avant injection dans le SYNAPT en envoyant de l'énergie laser via un CO2 continu 10W, pour tenter

de sélectionner un type de conformère bien précis et non pas d'avoir un mélange de plusieurs.

Demande originelle : réalisation d’un

support de miroir avec récupérateur de

faisceau Récupérateur de faisceau

Support de miroir

Concaténation des deux fonctions

121 € sous 15 jours ouvrés306 € sous 5 jours ouvrés

Pièce livrée sans support et microbilléeMatière inox 316L en couches de 40 µm

Retour sur expérience : positif la pièce à répondue aux attentes pour une réalisation dans un délai très court et à un prix très raisonnable.

Reste à vérifier la tenue au flux laser de l’Inox 316 L

Utilisateur

Fabrice Gobert(LPC Orsay)

Projet 3D METALFA

métal


x

z

y

Magnétisme : • Perméabilité magnétique µR < 1,010Continuité RF : • Saut de section ou « Gap » toléré = 0,5 ± 0,1 mm• Variation de section ou pente maximale admissible : α = 10°Continuité électrique : • Pression d’appui des lames ressort sur les Doigts RF : entre 150 et 180 g

Nbr pièces = 12Nbr opération de réalisation ≈ 45Nbr de test = 30

x

z

y

Nbr pièces = 4Nbr opération de réalisation ≈ 22Nbr de test = 11

≈ -75% de superficie dégazante à l’échelle de l’Anneau≈ -40% de masse

Soufflet RF - D. Le Guidec (LAL)

Flexibilité : • Course longitudinale = +4,5 / -11,5 mm• Course transversale = ± 3 mm

Interfaces :• Encombrement longitudinal : L = 85 mm• Passage des vis coté soufflet• Série de 20 Soufflets « à doigts RF »

Soufflet RFNouvelle conceptionpour réalisation en FA

Soufflet RF Fabrication conventionnelle

Performances :

course axiale x 2course transverse x 5

Projet 3D METALFA

métal


Manchon - 350 €5 h de fabrication

Tube faisceau - 315 € 4,5 h de fabrication

Soufflet RF

Conception originale Modification BV Proto


Projet 3D METALFA

métal


Soufflet RF sur son plateauAvec support en lattice

Soufflet RF – 1120 € 16 h de fabrication

Profil modifié – BV ProtoProfil optimisé


Projet 3D METALFA

métal


Guide HFA. Gonnin (LAL)

• Circuit de refroidissement intégré.

• Une pièce au lieux de trois.

• Pas de brasure. Reprise en usinage des surfaces d’étanchéités.

• A 3 GHz dépôt de cuivre ou d’argent de 15 microns (1,5 micron x 10)?

• Matériaux inox 316 L ou aluminium. Conductibilité électrique : Argent : 0,621

Cuivre : 0,587 - Alu : 0,369 – Acier inox : 0,0132 - Inconel 718 : 0,008 MS/cm.

• L’état de surface est-il un problème ? (Ra:3,2 max)? Les pointes oui.

Attaque chimique, tribofinition ou polissage électrolytiques.

• Dimension intérieur du guide (72,14 mm x 34,04 mm – Guide WR284) après post-traitement en accord avec les dimensions du joint de raccordement (standard).

• Etanchéité SF6 et eau déminéralisée.

• ELYSE utilise des guides d’ondes aluminium pour une puissancede 20 MW.

• Premier test en FA. Réalisation de deux guides en aluminium(Bonne conductibilité, le dépôt n’est donc pas forcement nécessaire).

Projet 3D METALFA

métal


Sifflet HF du boosterA. Gonnin (LAL)

• Intégration simple d’un Circuit de refroidissement si nécessaire.

• Une pièce au lieux de quatre.

• Pas de brasure. Reprise en usinage des couteaux LIL.


• Matériaux inox 316 L. Conductibilité électrique : Argent : 0,621 – Cuivre : 0,587

Alu : 0,369 – Acier inox : 0,0132 - Inconel 718 : 0,008 MS/cm.



• Dimension intérieur du guide (33,33 mm x 44,44 mm – Guide WW58) après post-traitement en accord avec les dimensions du joint de raccordement(standard).


• ELYSE utilise des guides d’ondes aluminium pour une puissance de 20 MW.

Projet 3D METALFA

métal


• Intégration simple d’un Circuit de refroidissement si nécessaire.

• Une seul pièce pas de brasure. Reprise en usinage des couteaux LIL et soudures d’une bride DN100CF.


• Matériaux inox 316 L. Conductibilité électrique : Argent : 0,621 - Cuivre : 0,587

• Alu : 0,369 – Acier inox : 0,0132 - Inconel 718 : 0,008 MS/cm.



• Dimension intérieur du guide (33,33 mm x 44,44 mm – Guide WW58) après post-traitement en accord avec les dimensions du joint de raccordement(standard).


• ELYSE utilise des guides d’ondes aluminium pour une puissance de 20 MW.

Té de pompage à grilleA. Gonnin (LAL)

Projet 3D METALFA

métal


Coupleurs de puissance HF pour cavités supraconductrices

➢ Diminuer le nombre de composants

➢ Canaux de refroidissement

➢ FA cuivre

➢ Bi métal cuivre - acier inox

▪ Cryogénie▪ HF▪ Vide 10-9 mbar▪ Brasures▪ Flash nickel▪ Dépôts de cuivre

2°K

293°K

70°K4°K

Partie froide

Partie chaude

Coupleur XFEL

Alliage bronze sur inox standard

▪ Inox 316 L▪ Cuivre OFHC▪ Cuivre au béryllium▪ Céramique

Coupleur ESS 352 MHz

➢ fenêtre

➢ antenne (double enceinte)

Echangeur

Soudures FE

Fenêtre

AntenneBrasures

2 systèmes de refroidissement :

Projet 3D METALFA

métal


Productions scientifiques 2017 -2018

➢ Study of the suitability of 3D printing for UHV applications - 2017Journal of Physics : http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/874/1/012097

➢ Study of the performances of a 3D printed BPM – 2018Journal of Physics : http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1067/8/082026

➢ Articles en préparations : « FA et technologie en UHV », « Tests BPM en FA » et « Caractérisation de matériaux en FA »

➢ Séminaires : Présentation I3D - GEPI de l'Observatoire de Paris Meudon - INSU en septembre 2019.

➢ ANF : Conception mécanique orientée vers la FA en octobre 2018 à Toulouse.

➢ Colloque : FA métal appliquée à la physique des deux infinis en décembre 2018 à Orsay.

➢ Séminaires : La FA à l’IN2P3 en novembre 2017 au LAL, en décembre 2017 au LAPP, en mai 2018 à l’IAS et en juin 2018 à SUBATECH.

➢ Présentation : Prospective sur la FA à l’IN2P3 aux journées accélérateurs de la SFP en octobre 2017 à Roscoff.

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/874/1/012097

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1067/8/082026

Projet 3D METALFA

métal


Projet 3D METALFA

métal


Introduction






Les partenaires


Tenue au vide et FA


Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


La fabrication additive est une méthode de fabrication novatrice qui complète

mais ne remplace en aucun casla fabrication par enlèvement de matière.

La fabrication additive a besoin

d’ateliers mécaniques conventionnels bien équipéspour réaliser l’ensemble des post-traitements.

C’est

toute la chaîne des métiers de la mécanique qui est impactée par la fabrication additive.

Ces dernières années, la fabrication additive est devenue un procédé de fabrication

incontournable qui révolutionne les processus de conception et de fabricationd’éléments mécaniques.

Jean-Claude André : l’imagination devient une limite.

Projet 3D METALFA

métal


➢ Anisotrope, retraits → contraintes/traitements thermiques

➢ Supports, rugosité → états de surface/post-traitements

➢ Reproductibilité → procédés, sens de fabrication, machines, programmes….

➢ H&S

➢ Pièces multi matériaux➢ Machines hybrides

➢ Poudres → nouveaux matériaux➢ FA du cuivre

➢ Capteurs et électronique intégrés

➢ Petites séries, pièces complexes, ↘ nbr de pièces , ↘ délais de fabrication

➢ Pas de corrélation → complexité / prix

➢ Nouvelle conception - Ne remplace pas la fabrication soustractive mais la complète

Conclusion

Projet 3D METALFA

métal


Remerciements

M. Alves (LAL), D. Auguste (LAL), JJ. Bertrand (BV Proto), JL. Biarrotte (IN2P3), S. Bilgen (LAL), J. Bonis (LAL), H. Carduner (SUBATECH),AM. Cauchois (LLR), E. Charkaluk (LMS), A. Constantinescu (LMS), G. Deleglise (LAPP), N. Delerue (LAL), A. Di-Donato (INP), S. Durbecq (LMS),H. Franck de Preaumont (LPC), F. Gautier (LAL), J. Giraud (LPSC), A. Gonnin (LAL), D. Grasset (LAL), E. Guerard (LAL), W. Kaabi (LAL),M. Krauth (IPHC)

J. Laurence (CPPM), F. Letellier-Cohen (LAL), D. Longuevergne (IPNO), P. Marie (LMS),G. Mercadier (LAL), B. Mercier (LAL), A. Migayron (LAL),E. Mistretta (LAL), C. Olivetto (IN2P3), Y. Peinaud (LAL), F. Peltier (LAPP), A. Poizat (C2N), C. Prevost (LAL), P. Repain (LPNHE), S. Roni (LPSC),M. Roy (LLR), G. Sattonnay (CSNSM), G. Vantesteenkiste (AGS Fusion), L. Vatrinet (IPNO), F. Vignat (INP), A. Vion (BV Proto), JP. Wilmes (AGS Fusion).

Projet 3D METALFA

métal


Merci de votre attention !

Échantillons posés le 12 novembre 2018 au sommet du cratère sud de la soufrière de Guadeloupe

Jean-Christophe LanigroIPNL

Projet 3D METALFA

métal


Backup slides

Projet 3D METALFA

métal


Evolution à 2-5 ansLa FA redéfinit entièrement la façon de concevoir et de développer des objets ou des ensembles mécaniques. Les BE et les ateliers de nos laboratoires doivent

impérativement accompagner cette évolution.

Création d’un groupe permettant l’expression • d’idées novatrices• d’initiatives novatrices

fondées sur

• les compétences des groupes de physique

• les besoins des groupes de physique

Ses compétences

• conception : fabrication conventionnelle et FA• calculs par éléments finis• optimisation topologique, structures lattices…• modeleurs : polynurbs, surfacique, … • fabrication en FA

en étroite collaboration avec• atelier de mécanique• plateformes de tests

Ses moyens• environnement dédié• acquisition d’une machine SLM

à proximité• atelier de mécanique équipé de découpe fil, de CN…• plateformes de tests : vide, surfaces, traction...

• des solutions classiques• des solutions innovantes

développer en parallèle minimiser les risques

Ses missions

• sensibiliser et former les équipes à la FA• accomplir des études • réaliser des fabrications• conduire des actions de R&D

pour des groupes projets et sans se couper des groupes de physique

Projet 3D METALFA

métal


Points forts

➢ Agents très impliqués et passionnés.

➢ Compétences pour 7 ’’briques’’ sur les 9 de la chaîne de valeur de la FA.(Briques de la FA telles que définies par les instituts CARNOT).

➢ Expertises variées et complémentaires offertes par les laboratoires du CNRS.

➢ Nombreuses collaborations possibles avec des partenaires privés ou académiques.

Points à améliorer

➢ Beaucoup d’agents impliqués mais faible pourcentage d’Equivalent Temps Plein.

➢ Acquisition de machines de FA pour nos équipes.

Possibilités offertes par le contexte

➢ Environnement très riche du plateau de Saclay autour de ’’l’usine du futur’’ (au sens du CETIM).

➢ Maillage important du territoire par les laboratoires de l’IN2P3.

Risques liés à ce contexte

➢ Risque de dispersion lié à une offre pléthorique de partenaires privés ou académiques.

➢ Raréfaction des ateliers de mécanique générale, pourtant indispensables au post-traitement des pièces issues de la fabrication additive.

➢ Besoin de recrutements spécialisés dans un contexte particulièrement tendu.

Analyse SWOT

Projet 3D METALFA

métal


M. Guerrier : stage IUT Blois - Tutelle : J. Bonis

Résultats différents selon • le fournisseur• l’angle d’impression

Meilleurs résultats • I3D à 45°• I3D horizontale• I3D verticale

• limite élastique supérieure• résistance supérieure• allongement plus faible

Eprouvettes en FA

• CPPM Marseille• DACM Saclay (CEA-Irfu)• LAL Orsay

Tests de tractions

Courbe de traction – I3D à 45°

S. Djilali : stage IUT d’Orsay - Tutelle : G. Sattonnay

Comparaison d’échantillons en 316L réalisés par FA chez différents fournisseurs

• Composition proche d’un 316L standard

• Présence d’aluminium et taux de nickel un peu élevé dans certains échantillons

• Différences importantes de microstructures

• Peu de modification après traitement thermique

EBSD – DRX - MEBMEB-EDX - Composition chimique

Groupe technologies vide et surfaces du LAL : M. Alves, S. Bilgen, D. Grasset, F. Letellier, B. Mercier, É. Mistretta, G. Sattonnay

L’équipe a démontré la compatibilité UHV des éléments 316L réalisés en FA par le procédé SLM. Ce résultat ouvre un champ entièrement nouveau pour de nombreuses applications, en particulier autour du développement des technologies sur les accélérateurs.

Mesures de dégazage des tubes en FA

• Aucune pollution particulière

• Taux de dégazage : 6.10-11 mbar.l.s-1.cm-2


Montage de mesure du taux de dégazageCourbes de remontée de pressionSpectres de masse

Projet 3D METALFA

métal


Re-conception complète, itérations (optimisation topologique, modeleur 3D, éléments finis), réalisation BPMpar FA. Temps de conception, de fabrication et coût financier fortement diminués / moyens conventionnels. Géométrie plus proche des calculs de simulations.

A. Moutardier : stage de M1 - Tutelle : N. Delerue

Banc de test pour comparaison de trois BPM

Comparaison des 3 BPM

➢ Comportement similaire

➢ Bonne résolution(moins de 0.25 au centre)

Courbe de la position y calculée en fonction de la position y réelle

Spectre du RGA avant l’ouverture de la vanne

Montage de mesure du taux de dégazage du BPM

Groupe technologies vide et surfaces du LAL : F. Letellier, B. Mercier, É. Mistretta

Mesures de dégazage du BPM en FA

➢ Aucune pollution particulière

➢ Taux de dégazage du BPM :

6.10-11 mbar.l.s-1.cm-2


Montage des trois BPM sur PHIL

SDTM et DEPACC : M. Alves, A. Gonnin, D. Grasset, O. Vitez

Montage des 3 BPM sur l’accélérateur PHIL le 18/09/2018

FAmétal

Beam Position Monitor stripline C

Documents

Fabrication additive pour application sous vide