Analyse des particules éjectées

L’objectif de cette partie est d’approfondir l’étude des éjectas métalliques, tout en vérifiant si la gamme de diamètre mesurée est similaire aux résultats obtenus par la caméra.

III.3.2.1 Collecte d’éjectas sur banc instrumenté

En utilisant une procédure similaire à celle utilisée par Masmoudi (2016), une lame de verre (transparente au Yb :YAG) a été placée 3 mm au-dessus du lit de poudre (Figure III. 52) lors d’une fusion laser afin de

collecter les éjectas (au-delà de 3 mm on ne collecte pas suffisamment d’éjectas, et en dessous de 3 mm la procédure devient complexe). La protection gazeuse a été assurée pendant la fusion par une buse placée entre le lit de poudre et la lame de verre. Dans un second temps, la lame de verre a été analysée au MEB. On observe que :

(1) La majorité des éjectas se situe dans une zone de 200 µm de largeur en vis-à-vis de l’interaction (jusqu’à 1 mm, condensats compris) (Figure III. 53a).

(2) Les particules ayant pu atteindre la lame de verre ont un diamètre maximal de 150 µm.

(3) Un dépôt continu est visible sur les lames. A plus fort grandissement, on remarque la présence d’agglomérats constitués de condensats quasi-hexagonaux de 20 nm (Figure III. 54), proches de ceux visualisés par Masmoudi (2016).

Figure III. 52: a) Montage : lame de verre placée au-dessus du lit de poudre avant le tir (b) La collecte ne prend en compte que les particules qui atteignent 3 mm de hauteur.

Figure III. 53 : (a) Image MEB de la lame de verre après le tir (b) Présence de microparticules (20 µm) (P320_V330_D200_E60).

CHAPITRE III : ETUDE PHYSIQUE DE LA FUSION LASER LIT DE POUDRE SUR DES MONO-CORDONS

Figure III. 54 : Nano condensats (20 nm) (P320_V330_D200_E65).

III.3.2.2 Collecte d’éjectas sur machine SLM

En complément de l’étude précédente, une étude des éjectas sur la machine SLM a été réalisée sur deux populations de particules : (a) la poudre collectée par le racleur et (b) la poudre éjectée et déviée par le flux d’argon latéral sur le côté du plateau, avec deux objectifs différents. L’objectif est de distinguer au niveau des gammes de diamètre quelles sont les particules qui peuvent être balayées par le racleur, présentes soit sur le lit de poudre, soit sur les pièces, et celles qui peuvent être déviées suffisamment loin par le flux de gaz (éjectas) et les comparer avec les résultats du banc instrumenté.

III.3.2.2.1 Composition des éjectas

Nous nous focalisons sur les grosses particules, principale origine des inclusions dans les pièces SLM (§

I.4.2.2). Une partie de ces particules s’incruste sur la pièce, le reste est évacué au mieux par le racleur ou

par le jet d’argon. Après la fabrication de pièces SLM (P200_V750_D70_E30), nous avons collecté : (1) la poudre provenant du bac de récupération, qui a été tamisée pour distinguer la poudre éjectée (soit les grosses particules de dp > 75 µm), (2) la poudre déviée par le flux d’argon (récupérée directement à

gauche du plateau de fabrication) (Figure III. 55).

L’analyse de ces poudres au granulomètre laser (Tableau III. 2) et (Figure III. 56) montre que :

(1) pour la poudre déviée par le flux d’argon : seule la poudre en dessous de 100 µm a pu être déviée par le flux et atteindre le bord du plateau.

(2) pour la poudre déviée par le racleur, les poudres coalescées et évacuées peuvent atteindre des diamètres de 400 µm alors que le diamètre maximale de la poudre initiale est de 100 µm.

CHAPITRE III : ETUDE PHYSIQUE DE LA FUSION LASER LIT DE POUDRE SUR DES MONO-CORDONS

Figure III. 55 : Evacuation des éjectas au niveau de la machine SLM.

Diamètre à 10% Diamètre à 50% Diamètre à 90% Diamètre moyen

Poudre initiale 23 38 63 41

Poudre déviée par

le flux de gaz 25 42 78 47

Tableau III. 2 : Distribution granulométrique pour les deux échantillons de poudre.

Figure III. 56 : Distribution granulométrique : (a) Poudre déviée par le flux de gaz (b) Poudre évacuée par le racleur.

Après analyse MEB (Figure III. 57) des particules évacuées par le racleur, on montre que :

- Ces particules sont constituées principalement d’agglomérats de poudre. Ces poudres entraînées par le racleur ont pu coalescer à proximité de la ZF ou correspondre à des éjectas retombés directement sur le lit de poudre.

- Le diamètre maximal est de 300-400 µm, du même ordre de grandeur que les résultats des analyses vidéo sur banc (Figure III. 49).

- Par analyse EDS, on remarque la présence de traces d’oxygène (0.5 à 1 %) dans la poudre évacuée par le racleur par rapport à la poudre initiale, qui traduisent une contamination lors du passage à l’état liquide.

CHAPITRE III : ETUDE PHYSIQUE DE LA FUSION LASER LIT DE POUDRE SUR DES MONO-CORDONS

Figure III. 57 : Images MEB (a) poudre initiale de 15 à 45 µm (b) poudre évacuée par le racleur.

III.3.2.2.2 Influence des paramètres procédés

Pour confirmer l’influence de la densité d’énergie sur la quantité d’éjectas, deux pièces SLM (7x7x3 mm) ont été fabriquées sur un même plateau à deux puissances différentes (250 et 400 W) à 900 mm/s. Deux bacs (2 x 2 x 2 cm) ont été fixés sur le bord latéral (Figure III. 58) en vis-à-vis des pièces pour récupérer la poudre dans la direction du flux d’argon. Ces bacs de récupération, pesés avant et après fabrication, permettent de collecter la poudre pour un même angle solide de projection.

Après pesée et analyse MEB (Figure III. 60), on observe que :

- Le nombre d’éjectas est supérieur à 400 W qu’à 250 W, le nombre de grosses particules double (catégorie 80-100 et 100-200 µm) (Figure III. 59). Le nombre de grosses particules reste faible par rapport aux essais sur le banc instrumenté. Ces dernières ayant des cinétiques plus lentes et une masse plus importante retombent plus rapidement donc n’atteignent pas forcément la zone où se situaient les boîtes. Notre échantillon collecté suite à la déviation du jet de gaz n’est donc pas représentatif de la population des particules.

- Des condensats et des agglomérats de poudre sont identifiés (Figure III. 60).

- La fabrication SLM à forte puissance (400 W) éjecte 4 fois plus de masse de matière qu’à puissance inférieure (250 W) ce qui confirme en partie nos analyses vidéo, indiquant une augmentation de 60 % de la quantité d’éjectas avec la puissance.

Figure III. 58 : (a) Montage sur la machine SLM, emplacement des boîtes de récupération de poudre (V900_D70_E30). Pièces SLM finales à (b) 250 W (c) 400W.

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Figure III. 59: Histogramme des éjectas pour 250 et 400 W.

Figure III. 60 : Image MEB des éjectas collectés à 900 mm/s (a) 250 W (b) 400 W, (c) présence de condensats (P250_V900).