Les procédés de fabrication additive sont en pleine expansion industrielle, en particulier dans le cas de l’impression 3D de composants métalliques. Parmi ces procédés, la LMD (Laser Metal Deposition) s’est d’abord développé pour le revêtement de surface, comme, par exemple, les revêtements durs pour des application d’usure, et également la réparation de composants, puis, plus récemment, pour la fabrication additive de composants métalliques. C’est également un procédé qui a été mis en œuvre pour l’étude combinatoire de nouveaux alliages comme les Matériaux à Multiples Eléments Principaux. Le principe de ce procédé est la projection d’un jet de poudre métallique sur un faisceau laser focalisé qui la fusionne puis après solidification rapide permet de construire couche par couche le matériau souhaité.
Si de nombreuses applications industrielles existent, le procédé souffre toujours de contrôle en ligne afin de garantir le bon déroulement des opérations et l’absence de défauts dans le matériau déposé comme des porosités, des fissures, des variations du procédé hors de l’intervalle admissible comme par exemple, pour le cas de mélange de poudres, un écart à la composition initiale de la poudre dans le nouveau matériau.
Le contrôle en ligne repose sur le suivi de signaux issus de la physique du procédé du projection laser: analyse d’images du bain de fusion métallique par caméra CMOS ou infra-rouge, microphone, photodiodes…
Parmi les principes liés à l’analyse du rayonnement émis par l’interaction laser-matière, laLIBS, spectrométrie sur plasma induit par laser (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) est une technique analytique très faiblement destructive dont le principe repose sur une ablation très limitée à la surface du matériau et couplée à une analyse spectroscopique du rayonnement induit par la mise sous forme plasma d’une infime partie du matériau. Le traitement des spectres peut permettre de quantifier des éléments présents dans le métal et, par extension, de déduire des informations sur la stabilité du procédé. Dans le cas de la LMD, un peu de vapeur métallique est formée dans la zone d’interaction à la surface du bain liquide métallique avec le faisceau laser, ce qui peut également permettre une analyse spectroscopique sans utilisation du laser LIBS.
L’objectif de ce travail est de mettre en place un diagnostic LIBS sur une machine de projection laser existante et d’étudier les possibilités de contrôle que cela peut offrir pour le suivi en ligne de la stabilité de fabrication de la pièce.
Le travail se déroulera au LISL au sein de la Direction des Energies situé au CEA Paris-Saclay, Gif-sur-Yvette, sur une période 18 mois.
Pascal Aubry, pascal.aubry@cea.fr
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