La fabrication additive (FA) métallique met en jeu des phénomènes physiques complexes qu’il est nécessaire de quantifier pour maîtriser la qualité du produit fini.  Placer des capteurs au cœur des pièces métalliques en cours de fabrication additive au plus proche du bain de fusion, c’est l’idée des chercheurs du CEA-List pour comprendre les mécanismes en jeu dans ce procédé industriel de plus en plus répandu.

Les réseaux de Bragg sont des motifs gravés dans l’axe d’une fibre optique, qui réfléchissent la lumière envoyée par un laser dans une longueur d’onde dépendant de la température et des déformations environnantes. L’intégration de tels réseaux au cœur des structures métalliques fournit donc de précieuses indications sur les effets des contraintes qu’elles subissent, comme leur déformation locale pendant le processus de fabrication et au-delà.

Pour appliquer la technique à la FA métallique, les chercheurs du CEA-List, en partenariat avec la direction des énergies du CEA, via la plateforme Samanta de fabrication additive métallique, ont utilisé des réseaux de Bragg particulièrement résistants aux fortes températures : le verre est structuré par un laser dit « femtoseconde », utilisé pour former des chapelets de microbulles à l’intérieur de la fibre. Ainsi, les réseaux de diffraction ne s’effacent pas avec la température, comme c’est le cas des réseaux de Bragg classiques. Les fibres structurées sont ensuite positionnées au cœur de la pièce au cours du processus de fabrication.

Grâce à cet enfouissement des capteurs, les chercheurs ont pu mesurer des températures approchant les 700°C à une distance de seulement quelques dizaines de microns du bain de fusion, et ce à une cadence de 5 kHz qui autorise le suivi in situ et en dynamique du procédé de fabrication d’une pièce. Les capteurs sont également interrogés durant toute la vie de la pièce pour suivre l’évolution de son état de santé (exposition à des vibrations, des fortes températures, présence de déformations…).

L’intérêt de la technologie est avéré pour la surveillance de pièces en environnement critique comme dans l’aéronautique, le nucléaire, l’Oil&Gas…

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