Etude Numérique pour le Procédé de Fabrication Additive Fusion Laser sur Lit de Poudre. H/F - CEA

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

- La conscience des responsabilités
- La coopération
- La curiositéCe stage a pour objectif d'explorer, par approche numérique, les mécanismes physiques responsables du raffinement [3, 4] microstructural observé. La première phase consistera à compléter le modèle numérique existant, issu d'un précédent stage. Les propriétés thermo-physiques du modèle seront ajustées afin que les résultats soient cohérents avec les expérimentations réalisées dans le cadre de l'étude [5]. Pour simplifier le modèle, l'ordre d'influence de la pression de recul et de l'effet Marangoni (les deux principales forces en jeu dans ce contexte) sur l'hydrodynamique du bain de fusion sera étudié. Ensuite, une analyse des résultats des calculs numériques permettra d'explorer les hypothèses expliquant le raffinement microstructural. Des indices tels que les vitesses d'écoulement, les gradients thermiques et les vitesses de solidification au niveau du front de solidification seront collectés. Enfin, le couplage du modèle avec la physique acoustique pourra être abordé et permettra de prendre en compte la propagation des ondes élastiques au sein du bain de fusion. En effet, selon la fréquence de modulation du laser, les ondes élastiques générées pourraient exhiber certains modes de résonance du bain. Il sera alors intéressant d'analyser les déformées modales s'établissant au niveau de la zone de solidification.

Nous recherchons un(e) candidat(e) motivé(e) pour un stage de fin d'études dans le domaine de la simulation numérique multiphysique par éléments finis (EF). La modélisation sera réalisée sous COMSOL Multiphysics, ainsi que de la programmation en MATLAB et/ou Python.

L'étudiant(e) évoluera au sein du Laboratoire d'Ingénierie des Surfaces et Lasers (LISL) du CEA-DES sur le plateau de Saclay. Une partie du modèle numérique ayant été développé par le PIMM (ENSAM, Paris), l'étudiant(e) sera amené(e) à se rendre sur place afin d'échanger avec les chercheurs du PIMM. La durée du stage est de 6 mois avec un début visé pour les premiers mois de l'année 2026.

[3] C. Todaro, M. Easton, D. Qiu, D. Zhang, M. Bermingham, E. Lui, et al., Grain structure control during metal 3d printing by high-intensity ultrasound, Nat. Comm. 11, 142 (2020).

[4] Y. A. Mayi, M. Dal, P. Peyre, M. Bellet, C. Metton, C. Moriconi, and R. Fabbro, Transient dynamics and stability of keyhole at threshold in laser powder bed fusion regime investigated by finite element modeling, J. Laser Appl. 33 (2021).

[5] P. Peyre, P. Hébrard, F. Coste, E. Vignal, J. Laurent, P. Aubry, and M. Dal, Comparison between modulated-pulsed and continuous wave laser powder bed fusion on an inconel 625 alloy, Prog. Ad. Manuf. (2025).