Parte­naires de longue date, le cen­tre de recherche Arcelor­Mit­tal Glob­al R&D de Mon­tataire, spé­cial­isé dans les appli­ca­tions auto­mo­biles, et l’UTC ont créé en 2019 ce lab­o­ra­toire com­mun soutenu par la Région Hauts-de-France et en par­tie financé par le FEDER. Les travaux menés dans le cadre de FuseMet­al s’articulent autour du soudage des aciers de haute résis­tante de troisième généra­tion et de la mod­éli­sa­tion des procédés de fab­ri­ca­tion addi­tive. Les six doc­tor­ants, Elise, Daom­ing, Hélé­na, Mar­cia, Ghas­sen et Ana Julia présen­tent leurs travaux de recherche au sein du laboratoire.

Ghassen Dali, doctorant de 3e année, mène une thèse sur la modélisation et la simulation de la fabrication additive métallique pour l’optimisation de la métallurgie et des procédés.

« Le pro­jet de ma thèse a débuté le pre­mier octo­bre 2020, il s’inscrit dans la stratégie du lab­o­ra­toire pour dévelop­per et ren­forcer ses com­pé­tences sur le thème de la fab­ri­ca­tion addi­tive (impres­sion 3D) qui con­stitue un axe du lab­o­ra­toire com­mun FuseMet­al. En effet, cette tech­nolo­gie présente un poten­tiel promet­teur car elle per­met de réalis­er des géométries com­plex­es et non tra­di­tion­nelles per­me­t­tant de con­tourn­er les con­traintes de conception/fabrication imposées par les procédés clas­siques, de rac­cour­cir les cycles de développe­ment et de réduire les coûts. En revanche, les procédés de fab­ri­ca­tion addi­tive peu­vent engen­dr­er, lors et après la fab­ri­ca­tion, des défauts (insta­bil­ité du bain liq­uide, porosités, des délam­i­nages entre couch­es, pro­priétés hétérogènes). Pour remédi­er à ces incon­vénients, l’utilisation de logi­ciels de sim­u­la­tion est recom­mandée afin de réduire le nom­bre d’essais néces­saires à la réal­i­sa­tion d’une pièce con­forme aux spé­ci­fi­ca­tions tech­niques en impres­sion 3D). Je tra­vaille donc sur la sim­u­la­tion et la mod­éli­sa­tion de l’impression 3D des aciers. L’objectif est de dévelop­per des mod­èles numériques dits pré­dic­tifs. Le mod­èle va être capa­ble de mieux décrire les rela­tions entre les paramètres opéra­toires, les pro­priétés de la matière et l’état de fab­ri­ca­tion de la pièce finale. »

Marcia Meireles, doctorante de 3e année, mène une thèse sur l’identification expérimentale des liens entre paramètres de procédé, cycles thermiques et transformations métallurgiques lors de la fabrication additive des aciers.

« Mes travaux de thèse por­tent sur l’étude d’un procédé de fab­ri­ca­tion addi­tive de pièces (impres­sion 3D). Cela con­siste à fab­ri­quer des pièces 3D à par­tir de l’ajout de couch­es suc­ces­sives de matière fon­due. Ce procédé étant très promet­teur dans le milieu indus­triel car il per­met de fab­ri­quer des pièces avec des géométries très com­plex­es, tout en évi­tant des phas­es addi­tion­nelles d’assemblage et avec très peu de déchet. Ain­si, l’impression 3D est un procédé qui réu­nit des capac­ités remar­quables et uniques. Le matéri­au que j’étudie est un type d’acier dévelop­pé par Arcelor­Mit­tal spé­ciale­ment pour l’impression 3D. En effet, pour obtenir des pièces qui répon­dent aux exi­gences de leur appli­ca­tion, il est pri­mor­dial de bien com­pren­dre l’effet des paramètres d’impression choi­sis sur la qual­ité de pièces. C’est pourquoi, dans ma thèse, j’étudie les phénomènes physiques qui ont lieu lors de l’impression 3D et j’évalue leurs effets sur les car­ac­téris­tiques finales des pièces. Ain­si, le but de mes études est de pou­voir fab­ri­quer des pièces 3D d’une façon optimale. »

Daoming Yu, doctorant de 3e année, mène sa thèse sur l’optimisation des outils d’emboutissage à chaud imprimés en 3D.

« Mon pro­jet de recherche porte sur l’optimisation topologique des out­ils d’emboutissage à chaud obtenus par la fab­ri­ca­tion addi­tive métallique. L’emboutissage à chaud est un procédé de mise en forme dans lequel une tôle est d’abord chauf­fée dans un four à une tem­péra­ture d’environ 900°C. La tôle est ensuite mise en forme à haute tem­péra­ture dans une presse et, grâce à un refroidisse­ment intense (au con­tact des out­ils froids), des trans­for­ma­tions métal­lurgiques per­me­t­tent à la pièce finale de présen­ter des car­ac­téris­tiques mécaniques élevées (la pièce finale est trem­pée). Grâce aux hautes pro­priétés mécaniques ain­si obtenues, il est pos­si­ble de réduire les épais­seurs des pièces ce qui per­met d’alléger les véhicules. In fine, la con­som­ma­tion de car­bu­rant et les émis­sions de CO₂ seront réduites. De plus, ce procédé présente plusieurs autres avan­tages : il per­met de for­mer des géométries com­plex­es, néces­site moins de pres­sion de presse, les pièces ne présen­tent pas de retour élas­tique, etc. En rai­son de ces avan­tages, l’emboutissage à chaud est un procédé de mise en forme large­ment util­isé pour fab­ri­quer des pièces auto­mo­biles. Dans le procédé d’emboutissage à chaud, l’outil est par­ti­c­ulière­ment com­plexe, car il intè­gre un cir­cuit de refroidisse­ment. Il nous a sem­blé impor­tant d’évaluer les poten­tiels de la fab­ri­ca­tion addi­tive pour réalis­er ces out­ils d’emboutissage. Cette tech­nique peut en par­ti­c­uli­er per­me­t­tre d’optimiser le cir­cuit de refroidisse­ment et donc d’améliorer l’efficacité du procédé d’emboutissage à chaud. L’objectif est de dévelop­per une procé­dure unifiée de con­cep­tion des gammes de mise en forme, inclu­ant la con­cep­tion des out­il­lages en com­bi­nant la mod­éli­sa­tion du procédé de mise en forme et l’optimisation topologique, en s’affranchissant des con­traintes imposées par l’usinage et en ten­ant compte des con­traintes qu’imposent la fab­ri­ca­tion addi­tive. Cette procé­dure est testée sur des pro­to­types d’outils pour valid­er la via­bil­ité des solu­tions pro­posées en ter­mes de con­for­mité et de tenue des outillages.»

Elise Champolivier, doctorante de 2e année, mène une thèse avec des études expérimentale et numérique sur la modélisation et la transition d’échelles pour la prédiction de la mise en forme de structures assemblées par laser.

« Depuis plusieurs années, les con­struc­teurs auto­mo­biles sont con­stam­ment mis au défi de réduire la con­som­ma­tion de leurs véhicules tout en con­ser­vant leurs per­for­mances en ter­mes de sécu­rité. Arcelor­Mit­tal développe de nou­velles solu­tions pour répon­dre à ces objec­tifs en com­bi­nant deux tech­nolo­gies : les Flans Raboutés Laser et les aciers à très haute résis­tance de 3ème généra­tion. La tech­nolo­gie des Flans Raboutés Laser con­siste à assem­bler bout à bout par soudage laser des tôles d’acier de nuances, d’épaisseurs ou de revête­ments dif­férents. Les tôles assem­blées sont ensuite mis­es en forme pour obtenir la forme de la pièce auto­mo­bile : c’est l’étape d’emboutissage. Cou­plée à l’emploi des aciers à très haute résis­tance, cette tech­nolo­gie per­met à per­for­mances égales d’alléger les pièces auto­mo­biles tout en con­ser­vant les pro­priétés de résis­tance. Ma thèse porte sur l’étude de la forma­bil­ité des Flans Raboutés Laser con­sti­tués d’aciers de 3ème généra­tion. Mon tra­vail con­siste à étudi­er le com­porte­ment mécanique des soudures de ces assem­blages lors de l’étape de mise en forme pour définir des recom­man­da­tions et des critères de rup­ture que les indus­triels pour­ront appli­quer pour con­cevoir leurs pièces. L’étude se base sur des expéri­ences qui per­me­t­tent d’alimenter des mod­èles numériques dans le but de dévelop­per des mod­èles de prévi­sion du com­porte­ment des assem­blages soudés laser. »

Ana Julia Vasconcelos de Moreira, doctorante 3e année, mène une thèse sur l’évolution de microstructures locales des aciers de 3e  génération en présence de forts gradients thermiques et chimiques. 

« Ma thèse porte sur l’étude des assem­blages de deux tôles d’acier de 3ème généra­tion, iden­tiques ou dif­férentes, par soudage laser pour la fab­ri­ca­tion de pièces auto­mo­biles Afin de répon­dre aux exi­gences de l’industrie auto­mo­bile con­cer­nant la réduc­tion de poids et l’amélioration des per­for­mances mécaniques. En plus de répon­dre à ces exi­gences, la tech­nolo­gie du soudage laser per­met de con­cevoir des pièces auto­mo­biles ayant des pro­priétés spé­ci­fiques là où elles sont néces­saires. Le défi réside dans le change­ment des car­ac­téris­tiques et du com­porte­ment des aciers autour du cor­don de soudure, en rai­son des hautes tem­péra­tures atteintes lors du soudage laser suiv­ies d’un refroidisse­ment rapi­de. Par con­séquent, j’étudie les dif­férentes zones des dif­férents assem­blages d’aciers conçus par Arcelor­Mit­tal, afin d’identifier et de com­pren­dre l’origine des défauts mécaniques et métal­lurgiques et ain­si pou­voir opti­miser le proces­sus de soudage au laser. »