Étude Numérique et Expérimentale de la Solidification des grains durant le procédé de Fabrication Additive

L'Université Polytechnique Hauts-de-France accueille plus de 12000 étudiants sur des campus  à taille humaine à Valenciennes, Cambrai et Maubeuge ainsi que sur le site d'Arenberg.

Elle donne la possibilité de se former à un métier en proposant 150 parcours de formations professionnalisants du bac 2 + au bac 8, autour de 3 domaines :

- Sciences, Technologies, Santé

- Droit, Economie, Gestion

- Arts, Lettres, Langues et Sciences Humaines et Sociales

Elle accueille des publics en formation initiale, en formation continue et parmi les toutes premières en nombre d’étudiants suivent un cursus par apprentissage.
Au delà de la qualité de ses formations, aux contenus alimentés notamment par 7 laboratoires de recherche, l’Université Polytechnique Hauts-de-France est reconnue pour son taux d’insertion professionnelle, parmi les meilleurs de France !

L’université développe également  une forte politique de recherche qui permet de renforcer, en amont, le lien avec les formations et, en aval, les activités de valorisation et de transfert.

Elle est reconnue comme pilote régional et, de ce fait, comme acteur de recherche national et international dans le domaine des transports et de la mobilité durables. Elle favorise également l’émergence de projets plurilaboratoires, à une échelle plus réduite mais pour lesquels elle dispose d’un réel savoir-faire reconnu et qui sont autant de « niches originales ».
 

Description du sujet :

La fabrication additive (FA) permet de réparer des outils usés, ce qui donne ainsi une seconde vie à l’outil et présente de vrais intérêts en termes économiques et écologiques. Afin de pouvoir optimiser la qualité de réparation, la voie numérique est adoptée ici pour optimiser les paramètres de réparation, tels que la vitesse d’avancement, la vitesse de dépôt du fil, la puissance du laser, la trajectoire de la réparation, etc. La solidification des grains joue un rôle majeur sur le comportement mécanique à l’échelle macroscopique, donc, il est important de la modéliser afin de pouvoir optimiser les paramètres de fabrication.

La modélisation de la solidification et de l’orientation des grains est essentielle pour évaluer la qualité des fabrications, notamment en termes de dureté et de comportement aux frottements. Dans le cadre de ce stage, nous proposons d’étudier, à la fois expérimentalement (via des analyses en microscopie éléctronique à balayage (MEB) et de Diffraction des  Rayons X (DRX)) ainsi que numériquement (études thermiques, thermo-hydrauliques, modèles Cellular Automata Finite Element (CAFE)), l’effet des paramètres de fabrication sur l’orientation des grains. Dans le cadre de stage, nous proposons d’utiliser un modèle thermo-fluide au lieu d’un modèle thermique classique.

Cette approche permettra de prédire des champs de température avec les paramètres non testés expérimentalement, ce qui nous permettra de prédire les orientations des grains. Finalement, la méthode proposée ici permet de contrôler les orientations des grains en changeant les paramètres de fabrication ou condition de refroidissement.

Vos missions principales seront les suivantes :

• Étude bibliographique sur la modélisation du procédé (Directed Energy Deposition) DED à différentes échelles en se focalisant sur les modélisations purement thermiques et thermo-hydrauliques.
• Prise en main d’un logiciel de simulation numérique (SYSWELD et Visual-Environnement, et/ou OpenFOAM).
• Préparation des échantillons pour les mesures expérimentales et calibration des paramètres d’entrées pour le modèle CAFE.
• Utilisation des outils existants pour accélérer la calibration.

Profil du ou de la candidat(e) :

• Master 2 ou équivalent, spécialité en mécanique, numérique, et/ou matériaux.
• Maîtrise des outils de simulation numérique et des méthodes d’éléments finis,
• Connaissance en simulation numérique du procédé soudage et/ou de fabrication additive, simulation de transfert de chaleur, appréciées
• Autonomie, rigueur, capacité d’analyse et de synthèse.

Intérêts pour le ou la candidat(e) :

• Une expérience unique et enrichissante pour approfondir des compétences sur les aspects expérimentaux et numériques liés au procédé de fabrication additive.
• Immersion dans le monde de la recherche au sein d’un laboratoire.

• Master 2 ou équivalent, spécialité en mécanique, numérique, et/ou matériaux.
• Maîtrise des outils de simulation numérique et des méthodes d’éléments finis,
• Connaissance en simulation numérique du procédé soudage et/ou de fabrication additive, simulation de transfert de chaleur, appréciées
  • Autonomie, rigueur, capacité d’analyse et de synthèse.