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Les potentialités de la fabrication additive (FA) sont en cours d’étude au Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA). En particulier, la possibilité de réaliser par fusion laser sur lit de poudre des composants en acier austénitique utilisés pour des applications nucléaires est étudiée. Il a été constaté que les métaux issus du procédé fusion laser sur lit de poudre (Laser Beam Melting – LBM) présentaient généralement une anisotropie de leurs propriétés mécaniques, provenant principalement des caractéristiques des structures de solidification (morphologie, taille, orientation et texture cristallographique des grains), elles-mêmes dépendantes des paramètres opératoires. Dans ce contexte, la formation des structures de grains de géométries monocordons en acier inoxydable 316L est étudiée, notamment afin d’appréhender les phénomènes régissant la solidification. Pour ce faire, une approche couplant essais expérimentaux, modélisation et simulations numériques est adoptée. Deux campagnes d’essais ont été effectuées. Au cours de la première des cordons monocouches ont été réalisés avec instrumentation optique grâce à l’utilisation d’une caméra rapide, ce qui nous a permis d’observer la formation et l’évolution du bain au cours de la fabrication. Lors de la seconde campagne, des pièces monocordons à section carrée, formées par la superposition d’un grand nombre de couches ont été réalisées afin d’appréhender le comportement des grains dans le cas de multiples cycles de fusion-solidification. La caractérisation métallurgique des grains présents dans les différentes maquettes combinée aux vidéos de bain enregistrées au cours des essais nous ont permis de recueillir les caractéristiques morphologiques et cristallographiques des structures de grains formées ainsi que celles du bain de fusion. Par ailleurs, plusieurs combinaisons de paramètres opératoires ayant été testées au cours des essais, les liens entre paramètres opératoires, mécanismes de transfert de chaleur et structure granulaire formée ont pu être appréhendés. Suite à cela, un modèle numérique de prédiction des structures de grains a été mis en place et développé, intégrant les principaux phénomènes physiques identifiés au cours de l’étude expérimentale. Ce modèle est basé sur un chainage entre un modèle thermique du procédé utilisant la méthode Eléments Finis (EF), et un modèle de formation des grains employant la méthode automate cellulaire (AC). On parle de modèle « CAFE ». Le modèle EF choisi est purement conductif. Il a été défini à l’aide des essais instrumentés et ajusté grâce aux dimensions et à la géométrie des zones fondues expérimentales. Les simulations « CAFE » ont permis de prédire les structures de grains formées dans les géométries monocordons. Enfin des comparaisons entre résultats expérimentaux et simulés ont été effectuées, et les résultats numériques discutés en lien avec le modèle de croissance et les paramètres opératoires appliqués.
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