Validation d’une méthode de contrôle par microtomographie à rayons X de la rugosité de surface de pièces obtenues par fusion laser sur lit de poudre à des fins de prédiction de performances

Résumé

La fabrication additive et plus particulièrement le procédé de fusion laser sur lit de poudre (LPBF), connaît une croissance soutenue depuis plusieurs décennies. Cette technologie permet la réalisation de pièces de forte complexité géométrique. Toutefois, cet avantage majeur s’accompagne d’une qualité de surface généralement limitée, dont la caractérisation devient indispensable avant la mise en service des composants produits. Or, les appareils de contrôle conventionnels ne sont pas en mesure d’atteindre les zones complexes des pièces LPBF, ces derniers ayant été avant tout développés pour des zones facilement accessibles. Compte tenu de ces limitations, des techniques basées sur le contrôle non destructif pénétrant sans-contact, comme la microtomographie à rayons X (μCT), ont été développées. Ce mémoire vise à valider l’une de ces approches afin de prédire les performances en service de pièces LPBF, et notamment la durée de vie en fatigue. À cette fin, l’impact de la résolution d’acquisition, du fini de surface, de la densité du matériau et de l’effet de taille sera quantifié sur des métriques de rugosité calculées au moyen d’une méthode innovante de détermination de surface. Afin d’en obtenir une large diversité (Ra entre 10 et 30 μm), plusieurs artefacts d’étude, présentant trois surfaces planaires à trois angles d’orientation par rapport à la plaque de fabrication (45°, 90° et 135°) ont été imprimés en alliage de titane (Ti-6Al-4V) et en superalliage de nickel (IN625). Une première étude de sensibilité à la résolution a montré une convergence des résultats par rapport à un appareil standardisé en dépit de l’angle de fabrication ou de la densité du matériau. Une étude de comparaison avec des techniques conventionnelles a mis en avant l’excellente répétabilité de la méthode (Ra ± 0.4 μm) pour une surface de référence, plaçant la méthode développée parmi celles les plus répétables. Par ailleurs, malgré les variations de densité et de taille ciblant spécifiquement les acquisitions μCT, la méthode demeure celle dont les résultats sont les plus proches de ceux obtenus par l’instrument de plus haute résolution, attestant ainsi de sa justesse. Ainsi, ce mémoire pose les bases d’une vaste étude de corrélation entre la texture de surface de pièces obtenues par LPBF, notamment quantifiée par les métriques de rugosité, et les performances mécaniques, en particulier la durée de vie en fatigue. La validation rigoureuse des méthodes d’extraction de ces paramètres, en comparaison avec des techniques conventionnelles de référence, constitue le fil conducteur de ces travaux. Elle ouvre également la voie à des études futures portant sur des géométries plus complexes et représentatives des applications industrielles.

Date	12 août 2026
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vladimir Brailovski (Directeur(-trice)) & Jean-René Poulin-Masson (Codirecteur(-trice))