Institut Clément Ader - AddimAlliance€¦ · Creep Low / high cycle fatigue Multiaxial fatigue :...
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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
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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)
3www.institut-clement-ader.org (Toulouse, Albi, Tarbes)
MS2M, Modélisation des Systèmes et Microsystèmes Mécaniques
MSC, Matériaux et Structures Composites
SUMO, Surface Usinage Matériaux et Outillages
MICS, Métrologie, Identification, Contrôle & Surveillance
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)
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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
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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
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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
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Moyens – Fabrication Additive
✓ 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
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Moyens – Fabrication Additive
▪ 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
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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
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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
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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)
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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
13www.institut-clement-ader.org (Toulouse, Albi, Tarbes)
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
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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%
15www.institut-clement-ader.org (Toulouse, Albi, Tarbes)
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
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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
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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
IMT Mines AlbiRégion Occitanie
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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
IMT Mines AlbiRégion Occitanie
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
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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]