Thèse Étude Numérique de l'Interaction Lasergrain et des Mouvements Thermocapillaires dans le Procédé de Fabrication Additive Slm H/F - Université de Montpellier

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes
Laboratoire de recherche : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
Direction de la thèse : Saeid NEZAMABADI ORCID 000000018234332X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-30T23:59:59

Contexte :
La fabrication additive par fusion sélective par laser (SLM : Selective Laser Melting) est un procédé permettant de fabriquer des pièces couche par couche à partir de la fusion localisée d'un lit de poudre métallique ou polymère. Ce procédé offre une grande liberté de conception et permet de produire des pièces complexes pour des domaines exigeants tels que l'aéronautique, le médical ou l'automobile. Un cycle SLM comprend typiquement la préparation et le préchauffage du lit de poudre, le dépôt d'une fine couche par racle ou rouleau, le balayage laser et la fusion sélective, la descente du plateau puis l'ajout d'une nouvelle couche, avant un refroidissement contrôlé.
La qualité finale des pièces dépend principalement du dépôt de poudre et de la fusion laser. Le dépôt détermine la structure granulaire du lit, sa porosité, sa densité locale et les défauts induits par les outils de mise en couche, autant d'éléments qui influencent la réponse thermique et optique lors de l'irradiation. La fusion laser met en jeu des phénomènes multiphysiques complexes, tels que l'interaction lasergrain, la formation du bain fondu, les mouvements thermocapillaires induits par les gradients de tension de surface, les transitions de phase et la solidification. Les modèles classiques, souvent continus et simplifiés, ne permettent pas de représenter l'hétérogénéité réelle du lit de poudre ni la dynamique fine du bain fondu, ce qui limite leur capacité prédictive [1]. Il est donc nécessaire de développer un cadre numérique capable de relier explicitement la microstructure du lit de poudre à la dynamique thermocapillaire du bain fondu afin de mieux comprendre l'apparition de défauts et d'améliorer la maîtrise du procédé.

Méthodologie :
La méthodologie proposée repose sur le couplage de la DEM (Discrete Element Method) [2] pour la modélisation du dépôt de poudre et de la MPM (Material Point Method) [3] pour la simulation de la fusion laser. La DEM permettra de représenter explicitement chaque particule et les interactions mécaniques qui gouvernent la formation du lit, fournissant ainsi une description réaliste de la distribution des grains, de la porosité locale et des hétérogénéités structurelles. Ces configurations granulaires constitueront l'état initial utilisé dans la MPM, qui sera mobilisée pour simuler l'interaction lasergrain, la fusion, les transitions de phase, la dynamique du bain fondu et les mouvements thermocapillaires. La MPM, adaptée aux milieux présentant une interface libre et de grandes déformations, permettra d'intégrer les effets de tension de surface et les forces de Marangoni, ainsi que l'apport énergétique du faisceau laser. Le couplage entre DEM et MPM établira une continuité entre la microstructure granulaire initiale et la physique du bain fondu, permettant d'évaluer l'influence directe du dépôt sur la fusion et la solidification.
Par ailleurs, la complexité de ces approches numériques implique la présence de nombreux paramètres difficiles à mesurer directement. Leur identification reposera sur des méthodes inverses classiques ainsi que sur des approches d'apprentissage machine[4], notamment les réseaux de neurones guidés par la physique (PINN : Physics-Informed Neural Network), qui permettent d'estimer les paramètres inconnus en minimisant le résidu des équations aux dérivées partielles tout en intégrant les conditions aux limites et les propriétés thermophysiques [5]. Cette méthodologie offrira un cadre complet pour analyser et prédire les mécanismes conduisant à la formation de défauts dans les pièces issues du procédé SLM.

Modélisation numérique du procédé de fabrication additive par fusion sélective par laser (SLM : Selective Laser Melting)

La thèse s'adresse à un(e) étudiant(e) de niveau Master 2, en école d'ingénieur ou formation équivalente, avec une spécialisation en mécanique, génie des procédés, génie mécanique ou calcul scientifique. Un intérêt marqué pour la modélisation numérique et la fabrication additive est attendu.