Abdelkader Walid ZAIM de l'institut

Sujet de thèse

Thèse en cours Optimisation des performances thermomécaniques de sables imprimés formulés pour la fonderie

Résumé :

L’impression 3D de sable (I3DS) repose sur la dépose d’une fine couche de sable avant la projection sélective d’un liant et de sa photo- ou thermo-polymérisation. La fabrication additive de moules pour la fonderie avec ce procédé possède de nombreux avantages dont : (i) l’intégration aisée de noyaux et de systèmes d’alimentation, (ii) la production de pièces avec des géométries internes complexes ou encore (iii) la réduction de la masse allant jusqu’à 33 % sans impacter les spécificités techniques de la pièce [1]. Cependant, la faible capacité des matériaux (sables + liants) pour créer des moules fonctionnels sans utiliser d’outillages lourds et le faible nombre de formulations qui limite la possibilité de moduler librement les propriétés des moules, qui conditionne la structure métallographique des pièces coulées [1], sont des freins à l’utilisation de cette technologie [2]. Bien que la nature du sable confère diverses propriétés intéressantes, la plage de propriétés n’est pas suffisante et la processabilité par I3DS n’est pas assurée [3]. Une solution consiste à développer de nouvelles formulations de sables fonctionnalisés. Afin de développer la technologie d’I3DS, de nouvelles formulations doivent être élaborées et caractérisées, autant d’un point de vue matériaux que procédés. Pour ce faire, l’ITheMM dispose d’une imprimante 3D sable et de nombreux équipements de caractérisation morphologique, structurale, mécanique, chimique, etc. qui serviront à étudier la capabilité de la technologie. À cet effet, il est proposé dans ce projet doctoral de développer des formulations de sables avec des additifs, adaptées à l’I3DS, et permettant aux matériaux imprimés de répondre à des exigences de performances propres à leur utilisation en fonderie. Ces performances seront optimisées grâce au procédé de fabrication additive et à la simulation numérique multiphysique/multi-échelle qui permettra de valider l’approche. La caractérisation et la modélisation permettront in fine d’optimiser la conception d’un cas test à échelle 1 et de définir les règles métiers au regard des contraintes procédés/matériaux et industrielles, et des intérêts économiques. Ce travail de thèse se décomposera ainsi suivant les trois axes suivants : 1. Fonctionnalisation de sables et optimisation du couple matériau/procédé 2. Caractérisation multi-physique des matériaux imprimés 3. Modélisation et simulation numérique Bibliographie : [1] Upadhyay M, Sivarupan T, El Mansori M. 3D printing for rapid sand casting — A review. Journal of Manufacturing Processes 2017 ;29:211–20. [2] Sivarupan T, Balasubramani N, Saxena P, Nagarajan D, El Mansori M, Salonitis K, et al. A review on the progress and challenges of binder jet 3D printing of sand moulds for advanced casting. Additive Manufacturing 2021 ;40:101889. [3] Steve C. Metal Casting : A Sand Manual For the Small Foundry. vol. 1. 2004.

Encadrant

Samir ALLAOUI
Thierry DUVAUT