Contrôle temps réel de trajectoire et paramètres procédé par modélisation et mesure en fabrication additive métallique – METALIC
Contrôle temps réel de trajectoire et paramètres procédé par modélisation et mesure en fabrication additive métallique
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Enjeux et objectifs
Les défis actuels en fabrication additive métal sont principalement dus aux couplages multi-physiques complexes induit par l’histoire du chargement thermique subit par la pièce. Les défauts associés sont essentiellement la précision géométrique insuffisante et les propriétés mécaniques faibles ou non prévisibles, ce qui limite la démocratisation de la technologie à l’échelle industrielle. Compte tenu de la variation des propriétés mécaniques et de la forte dépendance à la géométrie des paramètres procédé, il est aujourd’hui indispensable de disposer de technologies de pilotage en boucle fermée et de stratégies de prévision avancées pour obtenir des pièces de qualité. L’objectif du projet METALIC est de mettre en œuvre le pilotage en boucle fermée temps réel de procédés de Fabrication Additive (FA) métal. Celui-ci sera atteint par la combinaison de simulations thermique ultra-rapides, de mesures in-situ précises en boucle de retour et par l’optimisation temps réel de paramètres procédé et stratégies de balayage.
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Les résultats visés du projet METALIC sont principalement au nombre de trois : 1) Mettre au point une méthode de simulation thermique ultrarapide des procédés DED. La technique est opérationnelle pour des calculs de type soudage et en phase de qualification pour définir avec précision les gains en termes de temps CPU et coût mémoire par rapport aux approches classiques. 2) Développer des techniques de mesure in-operando multi-modales. Deux techniques low-cost de mesure thermique précise en cours de fabrication sont proposées. Elles sont adaptées à plusieurs procédés DED et classes de matériaux métalliques. Une technique de mesure de géométrie de cordon en cours de fabrication, utilisant la même caméra que pour la mesure thermique, est en développement. 3) Un contrôle en boucle fermée des procédés DED associant mesures in-operando et relations paramètres pilotables-grandeurs physiques. Des essais de qualification en boucle ouverte ont permis d’obtenir des données fiables reliant paramètres machine et/ou paramètres physiques du procédés et grandeurs physiques pertinentes sur les pièces produites. Des premiers résultats de pilotage en boucle fermée pour le procédé arc-fil ont été obtenus récemment.
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Dellarre, A.; Béraud, N.; Tardif, N.; Vignat, F.; Villeneuve, F.; Limousin, M. Qualify a NIR camera to detect thermal deviation during aluminum WAAM. Int J Adv Manuf Technol 127. 2023, 625–634.
Jégou, L.; Lachambre, J.; Tardif, N.; Guillemot, M.; Dellarre, A.; Zaoui, A.; Elguedj, T.; Kaftandjian, V.; Beraud, N. Bichromatic melt pool thermal measurement based on a Red, Green, and Blue camera: Application to additive manufacturing processes. Optics and Laser Technology 167. 2023, 109799.
Cornejo-Fuentes, J.; Elguedj, T.; Dureisseix, D.; Duval, A. A cheap preconditioner based on fast diagonalization method for matrix-free weighted-quadrature isogeometric analysis applied to nonlinear transient heat transfer problems. Comput Methods Appl Mech Eng 414. 2023, 116157.
Dellarre, A.; Limousin, M.; Béraud, N. Melt Pool Acquisition Using Near-Infrared Camera in Aluminum Wire Arc Additive Manufacturing. Advances on Mechanics, Design Engineering and Manufacturing IV, Springer International Publishing, pp.803-814, 2022, Lecture Notes in Mechanical Engineering.
Les défis actuels en fabrication additive métal sont principalement dus aux couplages multi-physiques complexes induit par l’histoire du chargement thermique subit par la pièce. Les défauts associés sont essentiellement la précision géométrique insuffisante et les propriétés mécaniques faibles ou non prévisibles, ce qui limite la démocratisation de la technologie à l’échelle industrielle. Compte tenu de la variation des propriétés mécaniques et de la forte dépendance à la géométrie des paramètres procédé, il est aujourd’hui indispensable de disposer de technologies de pilotage en boucle fermée et de stratégies de prévision avancées pour obtenir des pièces de qualité. L’objectif de ce projet est de mettre en œuvre le pilotage en boucle fermée temps réel de procédés de FA métal. Celui-ci sera atteint par la combinaison de simulations thermique ultra-rapides, de mesures in-situ précises en boucle de retour et par l’optimisation temps réel de paramètres procédé et stratégies de balayage.
Coordination du projet
Thomas ELGUEDJ (LABORATOIRE DE MECANIQUE DES CONTACTS ET DES STRUCTURES)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
LaMCoS LABORATOIRE DE MECANIQUE DES CONTACTS ET DES STRUCTURES
G-SCOP Laboratoire des Sciences pour la Conception, l'Optimisation et la Production de Grenoble
Aide de l'ANR 539 630 euros
Début et durée du projet scientifique :
octobre 2021
- 48 Mois
