Institut Clément Ader - AddimAlliance€¦ · Creep Low / high cycle fatigue Multiaxial fatigue :...

1www.institut-clement-ader.org (Toulouse, Albi, Tarbes)

Présentation de la plateforme de

Fabrication Additive de

l’Institut Clément Ader

UMR 5312

22/11/2019

Responsables scientifiques: Anis Hor, Etienne Copin

Responsables techniques: Aurélien Mazzoni (SLM), Mathieu Hospital (DED)

Institut Clément AderUMR CNRS 5312


Institut Clément Ader - 2018UMR CNRS 5312

5 établissements de tutelle – 3 sites (Albi, Toulouse, Tarbes)

UMR 5312

• 90 Chercheurs permanents

• 110 Doctorants

• 30 Administratifs, Ingénieurs et Techniciens

~ 230 personnes

Tarbes

Albi

Toulouse

Dir. Ph. OLIVIER (Univ. Toulouse 3)Deputy. Dir. Th. CUTARD (IMT-Mines Albi)Deputy. Dir Y. GOURINAT (ISAE Supaéro)


MS2M, Modélisation des Systèmes et Microsystèmes Mécaniques

MSC, Matériaux et Structures Composites

SUMO, Surface Usinage Matériaux et Outillages

MICS, Métrologie, Identification, Contrôle & Surveillance

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

4 groupes de recherche

❑ Axe 1 – Ingénierie des Systèmes et des Microsystèmes (ISM)

❑ Axe 2 – Intégrité des Structures et des Systèmes ( (ISS)

❑ Axe 1 – Structures Impact Modélisation Usinage (SIMU)

❑ Axe 2 - Matériaux-Procédés-Propriétés (MaPP)

❑ Axe 1 – Fatigue, Modélisation, Endommagement et Usure (FaMEU)

❑ Axe 2 – Propriétés d’usage et microstructures des matériaux avancés (PUMMA)

❑ Axe 3 – Usinage et mise en forme (USIMEF)

❑ Axe 1 – Méthodes Optiques Innovantes pour la Métrologie Dimentionnelle & Thermique (MOIMDT)

❑ Axe 2 – Identification & Contrôle de Propriétés Thermiques et Mécaniques (ICPTM)


4 groupes de recherche

• High performances steels: ball screw wearing

• Actuators: Design process, simulation, optimisation

• Composites: Damage tolerance, low and high speed impacts, multiaxial mechanical tests, dynamical couplings, manufacturing processes (fast cure cycles, ooa, low cost), initial damages, spring-in, repair of composites, short fibres structures (air).

• High performance steels: thermomechanical behaviour, multiscale analyses

• Super Plastic Formingon Titanium alloys

• Forming tools forSuper alloys• Thermomechanical behaviour ofEngine disks

• NDT of thermal barriers

• Mechanical assemblies

• Microfluidic systems for analysing cabin air quality• Piezoelectric systems for de-icing• Vibrations

• Ground robotic video systems

• Design and optimisationof on-board equipment

Around aircrafts


Partenariats avec l’industrie

Des partenariats forts avec l’industrie

Aerosat- OSRARS- ETC

FUI AIR-COBOT

VERTEX (ANR)

Projets EPICEA

A2015 FP7CLEAN SKY 45 partners

RAPID DGAPRESID

ANR ID4CS(2009-2013)

FUI-TiMaS(2013-2016)

ANR VULCOMP2(2013-2016)

ANR ICARE(2013-2017)

FUI MACAO

FUI SAMBA

FUI(s) INMAT 1 & 2

FUI THEOREM

FUICARAIBE

FUI-TiMaS(2013-2016)

RAPID DGAPRESID

FUICARAIBE

ANR ID4CS(2009-2013)

ANR VULCOMP2(2013-2016)

FUI CARAIBE

FUICARAIBE

Projets EPICEA

FUI MACAO

FUI MACAO

FUI PLUME

FUI AAP21 NOVA


Moyens – Fabrication Additive

Machine de Fusion Sélective Laser (SLM 125HL) - Plateforme MIMAUSA à AlbiMise en œuvre de matériaux pour

l’aéronautique et surveillance active

juillet 2015

▪ Fabricant: SLM Solutions

▪ Volume de production: 125x125x125 mm3

▪ Laser : 400 W (classe 4) – λ = 1075 nm

Diamètre de spot de focalisation : 60 - 90 μm

Vitesse de balayage : 10 m/s maximum

▪ Matériaux : Alliages Ti, Al, Co-Cr, acierinoxydable, aciers a outils, superalliages base Ni(Inconel, Hastelloy...)

▪ Epaisseur de couche : 20 – 75 µm

▪ Granulométrie des poudres : 30 – 60 µm

▪ Tolérance dimensionnelle : 140 µm

Caractéristiques



✓ Volume de travail de 400x250x200✓ Enceinte étanche avec atmosphère

contrôlée (< 10 ppm d’O2)✓ Distributeur de poudre à 2 bols✓ Laser fibre IPG 500W✓ Contrat de collaboration avec BeAM✓ Matériau : Alliages Ti, Co-Cr, acier inoxydable, les aciers,

superalliages base Ni,…

Machine de dépôt de poudre (BeAM Mobile 1.0)

Machine en cours d’installation : opérationnelle à partir de 02/2019



▪ La FaBrique (fablab IMT Mines Albi): 2 imprimantes Ultimaker (dépôt de fil fondu FDM)▪ InnoSpace (fablab ISAE SUPAERO) : 4 imprimantes Ultimaker et Stratasys▪ Fablab de l’INSA de Toulouse▪ Fablab de l’université Paul Sabatier

▪ Imprimante 3D composite a fibres courtes a l’ISAE SUPAERO

Moyens additionnels pour la FA polymère/composite


Moyens – Caractérisations

✓ Laboratoires de métallographie

✓ Microscopes optiques (1)

✓ MEB haute résolution + EDS (2)

✓ Analyse d’image

✓ ATG/ ATD (3) / DSC

✓ Dilatomètres

✓ Diffraction des rayons X (4)

✓ Tomographie par rayons X

✓ Spectromètre d’émission optique (5)

✓ Profilomètres optique / Alicona

✓ Set-X et X-RayBot (6) (contraintes résiduelles)

✓ Spectromètres IRTF et visible

(1)

(2)

(3)

(4) (5)

(6)

Centre de microcaractérisations Raymond Castaing (ECA)

(7)➢ MET (7)

➢ MEB EBSD (8)

➢ Microsonde (8)

Centre RAPSODEE - IMT Mines Albi (centre de

Recherche d'Albi en génie des Procédés, des SOlides Divisés, de l'Énergie et de l'Environnement)

➢ Granulométrie laser

➢ Coulabilité poudres

➢ Densité poudres200 µm

Microstructure and surface


Mechanical testing

✓ Tensile/bending/ torsion/internal pressure tests

✓ Creep

✓ Low / high cycle fatigue

✓ Multiaxial fatigue : traction-torsion-pression interne

✓ Thermal and thermomechanical fatigue

✓ Fracture toughness

✓ Fracture crack growth

✓ Cyclic oxidation

✓ Micro/nanoindentation testing

✓ High temperature tribometer

✓ …

Moyens – Comportement


Moyens – Surveillance/CND

✓ Banc de corrélation d’images

✓ Bancs de stéréo-corrélation (1)

✓ Tomographe à rayon X

✓ Bancs de thermographie IR (bandes I, II et III) (2)

✓ Banc à émissions acoustiques (3)

✓ Instrumentation à cœur (jauges contraintes,impédancemétrie) (4)

✓ Banc de pyroréflectométrie / thermoréflectométrie (5)

✓ Banc de luminescence (thermométrie et CND) (6)

✓ Scanner 3D

✓ Caméras rapides

(1)

(1)

(1)

(6)

(2)

(2)

(3)

(4)

(5)


Moyens – Simulation

Logiciels✓ Simulation numérique des procédés : Abaqus, Comsol,

logiciels métiers (Forge, Pam-Stamp,…)

✓ Z-set (Zébulon) pour la modélisation multi-échelle

✓ librairie Z-mat : loi de comportement

✓ Optimisation topologique ( Matlab, C++)

Moyens de calcul✓ Supercalculateur CALMIP hébergé à l’ECA (renouvelé

tous les 4 ans) : pour 2018-2022 « OLYMPE » estcomposé de 374 nœuds de calcul (36 cœurs/nœud) soitun total de 13464 cœurs, 48 cartes GP-CPU et 76 To demémoire.

✓ Calculateur Kolmogorov : 100 nœuds de calcul (36cœurs/nœud) en cours d’installation à l’ISAESUPAERO, opérationnel 01/19.

✓ Plusieurs nœuds de calcul non parallélisé dans lesdifférents établissements.

Simulation numérique des procédés

Optimisation topologique

Calcul multi-échelles


Moyens humains

Fabrication Additive métallique

Enseignant-chercheurs: 8 Ingénieurs: 3Techniciens: 2 Doctorants (en cours): 8

Fabrication Additive polymère/composites

Enseignant-chercheurs: 2 Techniciens: 1

Optimisation topologique

Enseignant-chercheurs: 4 Doctorants (en cours): 2


Groupe de travail sur la fabrication

additive

▪ Formé en juillet 2017 à l’initiative du groupe SUMO

▪ Objectif: fédérer les chercheurs et porteurs de projets autour des thématiquesissues de la fabrication additive

▪ Animateurs: Anis Hor et Etienne Copin

▪ 47 membres en novembre 2019 (ouvert à tous les chercheurs de l’ICA)

➢ Réunions trimestrielles

➢ Financement de stages (3 stages en 2019)

➢ Genèse d’un futur axe transverse

SUMO MS2M MSC MICS ESTA

38% 23% 15% 13% 13%


Bilan -Projets

AnnéeMatériaux(Procédé)

Titre projet Partenaires Financement / Type

2011Alliage Al

(SLM)Prototyping of an aerospace aluminum castingpart by laser melting and sand sintering

Fusia, Ratier FigeacFonderie Mercier Europe

Région Occitanie

2013Ti & Al(SLM)

Additive layer manufacturing for industrialapplications (ALMIA)

Sogeclair Aerospace, Ratier Figeac, Fusia, CNES

Région Occitanie

2014IN718

Acier inox(SLM)

Amélioration du service rechangeaéronautique par l’impression 3D

Recaero, Fusia Région Occitanie

2014Al2O3

Alliage Ti(SLM)

Action Concertée des Laboratoires Matériauxdes Écoles des Mines sur la fabricationadditive

6 laboratoires des École des Mines

CARNOT M.I.N.E.S.

2015IN718(SLM)

Effet des paramètres process et du post-traitement sur la tenue en fatigue des piècesélaborées par SLM.

SNECMA Vernon SNECMA

2016Alliage Ti

(SLM)Réutilisation de poudre de Ti en Fusion LaserSélective

IRT Saint Exupéry IRT Saint Exupéry

2016TA6V(SLM)

Analyse des contraintes résiduelles dans leTA6V élaboré par SLM

CIRIMAT, FUSIA Interlab (ISAE-INSA-INP)

2016Inconel(SLM)

ALM of Inconel Prismadd Région Occitanie


Bilan -Projets

AnnéeMatériaux(Procédé)

Titre projet Partenaires Financement / Type

2018Alliage Ti

et inox(WAAM)

Matériaux à caractéristiques contrôlées élaboréespar fabrication additive arc-métal (projet ANRMACCADAM)

Univ. de Montpellier, ENIT, CEMEF, Poly-Shape,

Air LiquideANR

2018Acier

(WAAM)Lacom STRAIN (Spring Technology ReseArchInstitute)

CGR Labo commun ICA-CGR

2018Polymères

(FDM)Etude du potentiel des méthodes de contrôle nondestructif appliquées à la fabrication additive

- IUT Tarbes

2018IN625(SLM)

Développement d’une méthodologie dequalification des pièces issues des procédés defabrication additive: cas de l’inconel 625

Segula Technologies Segula Technologies

2018316L

(SLM)Analyse métallurgique et mécanique de l’acierinoxydable 316L élaboré par fabrication additive

- ISAE - IMT

2019TA6V

(WAAM)

Développement et qualification d’une station dedépôt filaire pour la fabrication des piècesvolumineuses ( 1 m3) par WAAM

ALTRAN, PRODWAYSISAE – ALTRAN -

PRODWAYS

2019AHE(SLM)

Elaboration et caractérisation des alliages àhaute entropie

DGA DGA


Bilan -Thèses

Year Material Thesis title Doctorant (Encadrement) Financement

2014-2017Alliages Ti

et Al

Comportement en fatigue et résistance à l'endommagement d'alliagesaéronautiques fabriqués par fusion sélective par laser (SLM)

Rémi LACOSTEF. Rezaï-Aria, T. Pottier

IMT Mines AlbiRégion Occitanie

2015-2018PEEKPLA

(FDM)

Impression 3D des thermoplastiques hautes performances : Étude expérimentale et modélisation numérique du procédé par dépôt de filament

Shahriar BAKRANI BALANIV. Nassiet, Chabert (LGP)

A. Cantarel (ICA)APR 2015

2015-2018Optim. Topo.

Optimisation topologique de structures sous contraintes de flambage

Florian MITJANAFlorian Bugarin, S. Cafieri (ENAC)

CIFRE Avantis project

2016-2019Optim. Topo.

Optimisation topologique à formalisme Eulérien et Lagrangien appliquée à la conception d’un ensemble propulsif

Simone CONIGLIOJ. Morlier, C. Gogu

CIFRE Airbus

2017-2020316L(SLM)

Numerical study of the free surface and defect effect on the HCF response of the 316L polycrystalline aggregate produced by SLM process

Xiaoyu LIANG F. Morel (LAMPA), C. Robert

(LAMPA)A. Hor (ICA)

Bourse CSC (Chine)

2017-2020TA6V(SLM)

Etude de l’anisotropie de l’alliage de titane TA6V élaboré par SLM

Walid HAMMAMIT. Mabrouki (ENIT), S. Shiri (ENIT)

A. Hor (ICA)Bourse Tunisienne

2017-2020CoCr(SLM)

Additive layer manufacturing for industrial applications

Tarek YOUNSIC. Boher, A. Soveja



Bilan -Thèses

Year Material Thesis title Doctorant (Encadrement) Financement

2017-2020Alliage NiTi

(SLM)

Contrôle de procédé et de conditions de fabrication additive 3D sur les contraintes internes et les traitements thermiques post-fabrication : rôle des surfaces/ microstructures sur la tenue en fatigue

Emmanuel NIGITOF. Rezaï-Aria, F. Diemer


2017-2020 WAAMOptimisation de la fabrication additive de pièces métalliques par soudage à l'arc

Adama DIOURTES. Segonds, F. Bugarin, C.

Bordreuil (LMGC)ANR

2019-2022316L

(SLM, DED)

Caractérisation et modélisation du comportement de pièces en 316 Lélaborées par SLM et DED

Sabrine ZIRIA. Hor, C. Mabru

½ bourse ED AA½ bourse ISAE-SUPAERO

2019-2022IN625TA6V

(SLM, DED)

Etude de la complémentarité des procédés SLM et DED pour la réparation des pièces issues de la fabrication par SLM

Noémie MARTINA. Hor, P. Lours, E. Copin

CIFRE (SEGULA)

2019-2022IN718(DED)

Interaction usinage jet d’eau – DED pour la réparation

Lorena CANO SALINASA. Hor, R. Zitoune, M. Salem

Bourse CONACYT (Mexique)

2017-2021IN625

NiCrAlY(SLM)

Fabrication additive de systèmes bi-matériaux pour application en tant que barrière thermiques

Jiwon LEEP. Lours, E. Copin, H.-U. Hong (CWNU), M. Terner (CWNU)

IMT Mines AlbiChangwon University

(Corée du Sud)

2019-2022Acier 316L

(SLM & DED)Tenue en fatigue de pièces réalisées par fabrication additive SLM et DED

Hugo ROIRANDN. Santier (I2M), A. Hor, B.

Malard (CIRIMAT)CNRS


Contacts

Responsables scientifiques:

Anis HorINSTITUT CLEMENT ADER (UMR CNRS 5312)Groupe SUMO (Surfaces, Usinages, Matériaux et Outillages)www.institut-clement-ader.fr/Tel recherche: +33 (0)5 61 17 11 86 - Tel enseignement: +33 (0)5 61 33 84 18Mail : [email protected]

Etienne CopinMaitre AssistantINSTITUT CLEMENT ADER (UMR CNRS 5312)Groupe SUMO (Surfaces, Usinages, Matériaux et Outillages)www.institut-clement-ader.fr/Tel : +33 (0)5 63 49 30 74Mail : [email protected]

Responsables techniques:

SLM: Aurélien Mazzoni, ingénieur R&D, [email protected]

DED: Mathieu Hospital, responsable atelier de fabrication, [email protected]

mailto:[email protected]




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