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!
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!
Une production et une consommation responsables tout en transparence
Je suis consciente de l'impact que j'ai sur l'environnement et sur les personnes lorsque je crée un produit. Aussi, je m’engage à être aussi responsable que possible dans mon mode de production. Le monde de la production est très complexe, et je me prends beaucoup la tête à chaque fois que je développe un nouveau projet !
Des fibres textiles naturelles et plus écologiques
Dans l'industrie textile, la difficulté de traçabilité vient des nombreuses étapes de production. De la culture de la matière première, au filage, au tissage, à l'impression, à l'assemblage... Chacune de ces étapes requiert l'extraction de matériaux, des processus chimiques et de la main-d'œuvre humaine. Le choix d’une matière doit aussi prendre en compte son utilisation pendant sa durée de vie, ainsi que sa fin de vie. Il n'existe pas de solution idéale à l'heure actuelle. Mais la bonne nouvelle, c'est qu'il y a des meilleures solutions ! Pour les tissus destinés à la mode, je n’utilise que du Tencel, de la Viscose EcoVero, du lin et du coton biologique certifié GOTS. Ce sont tous des tissus à plus faibles impacts écologiques que du coton conventionnel, du polyester ou de la viscose par exemple. Je souhaite également limiter mon utilisation du coton car cette matière est trop utilisée dans l'industrie de la mode, ce qui empêche la reconstitution des sols en favorisant la monoculture. Malheureusement, j'ai dû utiliser du fil de polyester pour coudre la première collection de T-shirts à manches longues, mais je souhaite pouvoir coudre avec du coton biologique et/ou du lyocell, si possible dès la prochaine collection.
Du papier certifié FSC et/ou recyclé
L'industrie du papier est également complexe. En particulier, je dois faire attention à ce que le papier que j'utilise ne provienne pas de forêts anciennes. C’est pourquoi j'utilise uniquement du papier certifié FSC et/ou recyclé. Pour l'instant, j'imprime sur du papier au minimum certifié FSC Mix (qui garantit qu'au moins 70% du contenu provient de forêts gérées durablement), mais je recherche activement des solutions qui garantissent un contenu certifié à 100% et qui reste abordable en termes de prix, car qui dit petite production, dit plus gros coûts !
En ce qui concerne les emballages, j'utilise des matériaux recyclés, réutilisables ou upcyclés.
Une production éthique la plus locale possible
J'essaie de maintenir la production aussi locale que possible pour trois raisons. D’abord, cela me permet de communiquer beaucoup plus facilement avec mes partenaires et de me rendre sur place. Les réglementations du travail sont également plus strictes en Europe, ce qui me permet de garantir des salaires équitables et de bonnes conditions de travail. Et bien sûr, l'empreinte carbone générée par le transport est minimisée. Les matières premières ne peuvent pas toutes provenir d’Europe (le coton n’y pousse pas, ni les Eucalyptus, matière première du Tencel), et il est difficile de tracer toutes les étapes de fabrication d'une matière. Actuellement, mes tissus en Tencel sont imprimés aux Pays-Bas, mes chemises à manches longues sont fabriquées en Suisse, le tissu des T-shirts est réalisé au Portugal, et les T-shirts sont cousus et imprimés en France.
Photo par Social Fabric
Votre achat contribue à des projets sociaux
J’ai à cœur de donner davantage de valeur à mes produits en contribuant à des projets sociaux et/ou environnementaux. Ma première série de hauts à manches longues est produite à Zürich par Social Fabric, une association qui favorise l'intégration des personnes en situation de migration en leur donnant des opportunités de réseau et d'apprentissage en production textile.
Photo par Social Fabric
