nigito2.jpg, par jfages

Soutenance de thèse d'Emmanuel NIGITO

Institut Clément Ader-Albi UMR CNRS 5312
Génie mécanique, mécanique des matériaux

sur "Rôle du procédé SLM sur la microstructure, la santé métallurgique et les propriétés de superélasticité de l’alliage NiTi pour des applications d’outils endodontiques"

Lundi 31 janvier 2022 à 14h00

à IMT Mines Albi

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Composition du jury

• Franck DIEMER : Professeur, Faculté de Chirurgie Dentaire, Université de Toulouse (Directeur)
• Farhad RÉZAÏ-ARIA : Professeur, Ex. Institut Clément Ader-Albi UMR CNRS 5312 IMT Mines Albi (Ex.Directeur)
• Philippe BERTRAND : Professeur, ENISE Saint-Etienne
• Shabnam ARBAB CHIRANI : Professeure, ENIB Brest (Rapporteure)
• Stéphane GODET : Professeur, Université Libre de Bruxelles (Rapporteur)
• Arnaud VOTIÉ : Ingénieur & Directeur Innovation, Freyssinet Aéroéquipement, Couffouleux (Invité)

Résumé

Depuis les années 1990, les outils endodontiques utilisés par les dentistes ont évolué de l’acier vers le NiTi pour exploiter les propriétés superélastiques et de mémoire de forme de cet alliage. Ces outils très fins et élancés sont rapidement endommagés et mis hors d'usage par des sollicitations cycliques complexes (fatigue en traction/compression, torsion, usure, etc.). Actuellement, ces outils sont fabriqués par usinage de fils tréfilés (diamètre 0.1 à 2 mm), provoquant un grand nombre de rebuts et limitant fortement la liberté d’optimisation des géométries fabriquées, en particulier pour les formes complexes. La fusion laser sélective (Selective Laser Melting, SLM) sur lit de poudre métallique est un procédé avancé qui permet de fabriquer des géométries complexes et micrométriques. Il pourrait convenir à la fabrication des outils endodontiques en apportant plus de liberté dans leur conception.

Cette thèse a pour but d’étudier et de comprendre les relations entre les paramètres du procédé SLM, la microstructure et les propriétés mécaniques du NiTi-SLM à l'état brut de fabrication, afin d’identifier des paramètres de fabrication optimaux. Un intervalle de fusion dit "acceptable", décrit par des termes d'énergies volumiques, a été identifié en utilisant des analyses détaillées de la taille des grains, de la profondeur des micro-bains de fusion et du taux de porosité du matériau. Une approche analytique considérant la conduction thermique de la chaleur a été utilisée pour estimer la profondeur des micro-bains SLM et pour prédire les paramètres optimaux de fusion. L’influence des paramètres de fabrication (puissance laser, vitesse de balayage du faisceau laser) sur la formation et les transformations de phases et les précipités dans le matériau SLM a aussi été étudiée. Six structures cristallographiques principales ont été identifiées : NiTiB2, Ni3Ti, Ni4Ti3, NiTiB19', Ni3TiO5 et NiTi2. Les élargissements significatifs des pics dans les mesures de diffraction des rayons X (DRX) et des mesures de DSC (Differential Scanning Calorimetry) sont expliqués par la présence d'oxydes et la génération de distorsions/contraintes thermomécaniques pendant la fabrication et par une hétérogénéité de la composition chimique dans le matériau. La vitesse de balayage laser génère une forte distorsion de la maille cristalline. Enfin, les essais mécaniques en traction monotone et surtout en traction cyclique (rapport de charge d’environ 0,1) ont révélé que les propriétés des pièces NiTi fabriquées par SLM sont inférieures à celles des pièces obtenues par tréfilage. La microstructure NiTi-SLM entraîne un faible taux d'amortissement et donc une faible dissipation de l’énergie mécanique et un fort endommagement plastique, localisé sur des microbandes de cisaillement formées dans les échantillons sollicités et conduisant à une rupture mixte fragile-ductile.