Effets de la mise en forme de faisceau laser sur les propriétés des zones fondues et des matériaux élaborés en fabrication additive L-PBF. Apport d’essais instrumentés et du traitement par IA des données.

La fabrication additive métallique par fusion laser sur lit de poudre révolutionne les modes d’élaboration des pièces métalliques grâce à l’extraordinaire liberté de conception qu’elle offre. La maîtrise de la zone fondue générée par l’interaction laser-poudre, de sa stabilité, et de ses variations dimensionnelles en fonction des paramètres L-PBF est donc de première importance, tout autant que son incidence sur les propriétés des matériaux élaborés. Le PEPR DIADEM (Dispositifs Intégrés pour l’Accélération du Déploiement de Matériaux Émergents https://www.pepr-diadem.fr ) a pour vocation d’accélérer le développement de matériaux métalliques et des procédés associés, en se basant sur l’intelligence artificielle.  Dans ce cadre, le projet CINDERELLA (Contrôle de l’ImpressioN 3D métallique par source lasEr innovante, modèle numéRique augmEnté et inteLLigence Artificielle) financé par le PEPR DIADEM, vise à repousser les limites du procédé de fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF). Le projet s’appuie sur des machines de fabrication L-PBF instrumentées permettant d’accéder à des données en cours de fabrication, et de tester des innovations possibles autour du procédé comme la mise en forme du faisceau laser. 

Couplé à des méthodes d’apprentissage profond fondées sur le traitement statistique des données (liens paramètres d’entrée – variables cibles de sortie), le tout doit permettre d’élargir les domaines d’utilisation du procédé et de fiabiliser les propriétés des matériaux élaborés. L’utilisation de mises en forme (MEF) innovantes de faisceaux laser (annulaires, top-hat, mixtes, multi-points), se distinguant des faisceaux gaussiens classiques, sera l’un des vecteurs d’amélioration des procédés actuels.

Concrètement, la thèse aura pour objectifs : (1) de réaliser des expériences instrumentées de L-PBF (imagerie rapide et thermique) avec et sans MEF de faisceau, (2) d’analyser les matériaux élaborés (caractéristiques des zones fondues et des microstructures, taux de porosité) et leurs conditions de mise en œuvre (productivité) afin d’acquérir le plus de données possibles, (3) d’établir des modèles phénoménologiques permettant d’établir des liens entre les paramètres du procédé et les données post-mortem ou in-operando (imagerie rapide …), (4) d’entraîner des IA guidées par la physique (physically-informed IA) sur ces modèles, (5) de fournir une validation expérimentale à des simulations numériques multiphysiques des zones fondues réalisées par ailleurs au sein de l’équipe.  La thèse sera réalisée au sein de l’équipe Procédés Laser du laboratoire PIMM (75013 Paris), en partenariat avec le SRMA du CEA Saclay.

Formation souhaitée : Master ou École d’Ingénieur en Sciences des Matériaux, physique ou énergétique, goût prononcé pour l’instrumentation, le traitement de données et l’IA.

Localisation : laboratoire PIMM, 155 Bd de l’Hôpital, École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, 75013 PARIS (https://pimm.artsetmetiers.fr)

Encadrement : Patrice Peyre (DR CNRS) (patrice.peyre@ensam.eu), Morgan Dal (PU) (morgan.dal@ensam.eu) , Christina Baslari (IR CEA) christina.baslari@cea.fr , Nicolas Hascoet (MCF) nicolas.hascoet@ensam.eu 

Salaire mensuel : environ 1800 €/net