​Additive Manufacturing (AM) is an emerging part production technology that offers many advantages such as high degree of customization, material savings and design of 3D highly complex structures. However, AM is a complex multiphysics process. Therefore, only a limited number of materials can already be commercially used to produce parts and a handful of others are being studied or developed for such process. Consequently, limited knowledge on this process is available, especially concerning materials that present thermomechanical challenges such as brittle materials.
The research I did during my PhD studies focuses on additive fabrication of silicon pillars on a monocrystalline silicon wafer by Direct Laser Melting (DLM) with a pulsed 1064 nm laser beam. The simple geometry of pillars allowed for the first determining steps into process understanding. Several results were achieved through this PhD work. First, crack-free silicon pillars were successfully built onto monocrystalline silicon wafers. With the help of in-situ process monitoring and sample characterization, wafer substrate temperature and laser repetition rate were found to be the main influential parameters to obtain crack-free samples, as minimum substrate temperature of 730°C and a minimum repetition rate of 100 Hz were necessary to reach this goal (for a feed rate of 15 g/min and a pulse duration of 1 ms). The influence of secondary process parameters such as feed rate and energy per pulse were also discussed. A simple Finite Element Modeling (FEM) model validated by the experiments was used to explain crack propagation in the samples. Then, process monitoring of the DLM process was realized. High-speed camera image analysis re-vealed that vertical stage speed and powder feed rate should match to obtain a constant pillar building rate. As all pillars presented necking at their base, estimations of the thermal characteristics of the pillar during growth were carried out by FEM simulations. They were additionally used to explain the pillar final shape. Finally, the microstructure of the pillars built was characterized by the Electron Back-Scattering Dif-fraction (EBSD) technique. In the conditions presented in this work, the microstructure of the pillar was found to be in the columnar growth mode. The feed rate was identified as the most influential parameter on the microstructure, followed by the stage speed, the impurity content of the powder and the crystallographic orientation of the substrate. Epitaxial growth was achieved on more than 1 mm with a feed rate of 1.0 g/min, a stage speed of 0.1 mm/s, a powder with purity of 4N and a <111> oriented wafer substrate. This work could be further continued by making improvements to the DLM setup, studying the influence of additional process parameters on the thermomechanical behavior and the microstructure control of the pillars, and/or using these results to realize more complicated shapes, either with this setup or by using a powder bed technique.
About
I was born in France and I have grown up in a little town called Beynes, in the department Yvelines, no so far from Paris and Versailles. I am the first of four kids! As a child, I wanted to be a journalist. I have always been interested in digging up into a subject in order to transforming into articles that could be read by others. I had a few friends writing a bunch of articles alongside so we could turn everything into magazines. I spent a lot of time playing with a - now old - layout software in order to make this publication look like my favorite magazines at that time – L’Hebdo, le monde des ados. I even managed to get an internship for a week there!
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I was born in France and I have grown up in a little town called Beynes, in the department Yvelines, no so far from Paris and Versailles. I am the first of four kids! As a child, I wanted to be a journalist. I have always been interested in digging up into a subject in order to transforming into articles that could be read by others. I had a few friends writing a bunch of articles alongside so we could turn everything into magazines. I spent a lot of time playing with a - now old - layout software in order to make this publication look like my favorite magazines at that time – L’Hebdo, le monde des ados. I even managed to get an internship for a week there!
"Chill", ma nouvelle collection d'imprimés illustrés uniques
Mes imprimés sont créés à partir de mes illustrations et vous font découvrir des curiosités de la nature.
Découvrez ici les motifs exclusifs de cette saison ainsi que les histoires qu'ils racontent, et retrouvez les tops à manches longues, cartes postales et T-shirts Unisex dans la boutique en ligne.
Volcans d'Antarctique
Les géologues écossais ont récemment découvert que 91 volcans se cachent sous la glace en Antarctique, faisant de ce territoire une des plus grandes régions volcaniques au monde. Les volcans font entre 100 et 3850 m de hauteur, approchant l’altitude de l’Eiger, le légendaire sommet Suisse ! Si ces volcans venaient à entrer en éruption, il y a fort à parier que cela pourrait avoir des conséquences sur la fonte des glaces, déjà accélérée par le changement climatique. Le problème, c’est que plus ça fond et plus il y a de chance qu’ils entrent en éruption…
Pour réaliser cet imprimé, j’ai mélangé des tons d’aquarelle bleus et rouges en les laissant s’entremêler au gré de l’eau, comme lave et glace ! Je les ai ensuite scannés et arrangés pour former ce motif !
L'Age de Glace
Cet imprimé rend hommage à quelques animaux de la Mégafaune de la dernière ère glaciaire, disparus il y a environ 13000 ans. Faute de pouvoir les voir en vrai (bon d’accord, certains étaient probablement vraiment effrayants !), voilà un petit cocktail de certains d’entre eux rassemblés sur cet imprimé : le tigre à dents de sabre, le mammouth, le mégacéros, le rhinocéros laineux et des éléments du Dasypus Bellus. Plusieurs hypothèses expliquent la disparition de ces mammifères géants. Pour certains, un changement climatique pourrait en être responsable. Le rhinocéros laineux par exemple, n’aurait pas su s’adapter aux températures plus chaudes, ni migrer vers un habitat plus favorable à sa survie. La migration humaine vers de plus en plus d’écosystèmes est une théorie plus populaire pour expliquer leur disparition. Le mammouth par exemple, était très largement chassé par l’homme. Alors, victimes humaines ou changement climatique ? Les deux peut-être ? Alors que les théories se bousculent, l’Histoire donne à l’époque actuelle un air de déjà vu...
Pour créer cet imprimé, j’ai d’abord crayonné certains des animaux sur papier avant de les dessiner sur l’ordinateur pour les arranger en un motif.
Abysses
Découvrez quelques espèces qui vivent dans les abysses, au plus profond des océans. Parmi celles inclues dans cet imprimé, on trouve l’ophiure, un proche de la famille des étoiles de mer. Certaines espèces de ces échinodermes ont été observées jusqu’à 8000 m de profondeur ! On peut également trouver un Rhinochimaera Atlantica, avec son nez qui lui permet de localiser les petits poissons dont il se nourrit. Il peut vivre jusqu’à 2000 m de profondeur. Scannez le code QR pour voir la beauté d’un Rhinochimaera observé dans son habitat ! Le poisson trépied est aussi à l’affiche ! Il est quasiment aveugle (notez que jusqu’à 6000 m de profondeur, on n’y voit de toutes façons rien !), mais ses longues nageoires lui permettent de se poser sur le fond des océans et de sentir les vibrations créées par la présence des créatures qui se baladent dans les sédiments boueux. Enfin, le poulpe Dumbo, le plus mignon des océans, peut vivre jusqu’à 7000 m de profondeur !
Pour créer ce motif, j’ai d’abord dessiné chaque élément au crayon graphite aquarellable. Je les ai ensuite scannés pour pouvoir travailler la composition de l’imprimé sur ordinateur.
L'Eau dans tous ses Etats
Saviez-vous que l’eau est un des rares composés à prendre plus de place sous forme solide que sous forme liquide ? Je suis sûre que vous avez déjà voulu faire refroidir une bouteille d’eau au congélateur, l’avez oubliée et finalement retrouvée quelques heures plus tard, explosée ! En effet, la molécule d’eau, constituée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène, est polarisée : son atome d’oxygène attire les seuls électrons de ses atomes d’hydrogène. Cet atome d’oxygène se charge alors négativement et ses atomes d’hydrogène, positivement. Une liaison hydrogène peut alors se former par attraction entre l’atome d’oxygène d’une molécule d’eau et un atome d’hydrogène d’une molécule voisine. Cette liaison est moins forte qu’une liaison atomique, mais n’est pas négligeable. En dessous de 0°C, les molécules d’eau s’arrangent en hexagones pour prendre en compte ces liaisons hydrogène, ce qui n’optimise pas l’arrangement des molécules dans la structure de la glace. Celle-ci prend donc plus de place ! Cet imprimé s’inspire des structures moléculaires de l’eau dans chacun de ses états : solide, liquide et gazeux.
J’ai créé cet imprimé sur l’ordinateur, en m’aidant d’images de la structure moléculaire de la glace. Après avoir essayé plusieurs combinaisons de couleurs, j’ai opté pour le bleu, seule couleur capable de traverser des kilomètres d’eau.
Les Cris des Chauve-Souris
Bien que leur vue soit acceptable, les chauve-souris utilisent l’écholocalisation pour mieux « percevoir » leur environnement, notamment lorsqu’il fait nuit. Elles « crient » des ultrasons − imperceptibles par l’oreille humaine −, qui se réverbèrent sur les obstacles ou les insectes qu’elles chassent, avant de revenir vers elles sous forme d’échos qui rapportent des informations sur la taille, la forme et la distance de l’objet. Elles utilisent de plus hautes fréquences pour chasser ou détecter des éléments plus petits, tels que des insectes. C’est ce phénomène que cet imprimé veut rappeler, avec l’apparition ça et là d’éléments d’architecture qui apparaissent et disparaissent dans la nuit, à mesure que les ultrasons des chauve-souris les dévoilent.
J’ai peint le motif à l’aquarelle sur un continuum de quatre panneaux de feuilles A3. J’ai ensuite scanné le dessin et l’ai travaillé sur ordinateur pour en faire un motif continu.
Cryo-génie !
La grenouille des bois, ou Rana sylvatica, vit principalement dans les forêts du nord des USA et du Canada. Cette grenouille a la particularité de laisser ses fonctions vitales presque complètement congeler en hiver. Elle devient cliniquement morte ! Mais grâce à un système, entre autres, d’accumulation d’urée dans ses tissus et de production de glucose par son foie, la dégradation de ses cellules est évitée. Elle peut ainsi survivre des températures jusqu’à -18°C !
Pour créer cet imprimé, j’ai d’abord peint individuellement chaque grenouille dans son glaçon sur papier avec de l’encre bleue. J’ai ensuite scanné mes dessins et les ai arrangés sur ordinateur pour créer le motif final.
