Fabrication intelligente pour l'obtention de pièces bimétalliques acier/base nickel // Smart manufacturing for obtaining bimetallic steel/nickel parts

Le projet s'inscrit dans le cadre d'une collaboration avec le Laboratoire de Génie de Production (LGP) de l'Université Technologique de Tarbes (UTTOP).
La thèse a pour objectif de fabriquer par procédé WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) des matériaux à gradients, de compositions variées, dans différentes configurations possibles grâce à la présence de deux effecteurs agissant de manière coordonnée.
La maitrise du procédé pour la fabrication de multi-matériau nécessite un parfait contrôle de l'apport d'énergie nécessaire à la fusion de la matière, et de l'apport de matière, de manière à contrôler la dilution des différents matériaux, et ainsi la composition et la microstructure des matériaux fabriqués, en particulier dans les zones de liaisons entre les différents matériaux. Pour y parvenir, la physique du dépôt pour chacun des matériaux devra être analysée dans les différentes positions. Celle-ci est notamment caractérisée par de forts gradients thermiques et une histoire thermique complexe subis au cours de la construction, liés à l'interaction entre l'arc électrique et la matière, produisant des phénomènes de transferts thermiques complexes, mais aussi dans le cas de multi-matériaux à des transferts d'espèces chimiques.
Le procédé sera instrumenté pour la mesure des gradients et histoires thermiques à l'aide de techniques classiques (thermocouples), mais aussi à partir de techniques de mesures originales développées par le LMGC (pyromètres, caméras infrarouges). Des caméras ultra-rapides seront aussi utilisées pour la visualisation du bain de fusion et du front de solidification, afin d'analyser les écoulements au sein du bain responsables des transferts de chaleur et d'espèces chimiques, et les conditions de solidification lors du dépôt des différents matériaux. Une optimisation des paramètres procédés pourra ainsi être réalisée, à partir des mesures et observations réalisées in situ et aux résultats des caractérisations menées par le partenaire LGP dans le cadre d'une seconde thèse réalisée en parallèle.
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The project is part of a collaboration with the Production Engineering Laboratory (LGP) of the University of Technology of Tarbes (UTTOP).
The objective of this thesis is to manufacture gradient materials of various compositions using the WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) process, in various possible configurations thanks to the presence of two effectors acting in a coordinated manner.
Process control for multi-material manufacturing requires perfect control of the energy input required for material fusion, and of the material input, in order to control the dilution of the different materials, and thus the composition and microstructure of the manufactured materials, particularly in the bonding zones between the different materials. To achieve this, the physics of deposition for each material must be analyzed in different positions. This process is characterized by strong thermal gradients and a complex thermal history experienced during construction, linked to the interaction between the electric arc and the material, producing complex heat transfer phenomena, but also, in the case of multi-materials, the transfer of chemical species.
The process will be instrumented to measure thermal gradients and histories using conventional techniques (thermocouples), as well as original measurement techniques developed by the LMGC (pyrometers, infrared cameras). Ultra-fast cameras will also be used to visualize the melt pool and the solidification front, in order to analyze the flows within the pool responsible for heat and chemical species transfer, and the solidification conditions during the deposition of the various materials. Optimization of the process parameters will thus be possible, based on the measurements and observations made in situ and the results of the characterizations conducted by the LGP partner as part of a second thesis being conducted in parallel.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Montpellier

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

Ingénieur ou Master en mécanique ou sciences des matériaux. Compétences en mécanique du solide et en métallurgie requises.
Engineer or Master's degree in mechanics or materials science. Skills in solid mechanics and metallurgy required.