Evaluation et amélioration de la capabilité dimensionnelle et géométrique de processus de fabrication additive par dépôt direct multi-axes – CAP-AM

Le projet vise à proposer d’une part des pièces benchmark de qualification dimensionnelle et géométrique dont la faisabilité est validée (fabrication et contrôle), et d’autre part des méthodes d’optimisation spécifiques à la FA multi-axes permettant d'améliorer les mouvements du robot utilisé, et donc la qualité géométrique des pièces produites en fonction de leur typologie. Ces deux nouveaux développements étant réalisés en forte interaction. Dans le cadre du projet, ces outils seront utilisés pour quantifier de manière statistique les tolérances de fabrication et identifier leur origine. A l’issue du projet, l’objectif est de disposer d’une banque d’entités qui pourront être sélectionnées pour concevoir une ou des pièces de qualification en fonction de la typologie des pièces à produire. A partir de la trajectoire initiale et des degrés de liberté admissibles par le procédé utilisé, les méthodes d’optimisation proposées pourront être utilisées pour identifier les conditions optimales de fabrication sur la cellule robotisée à qualifier (posage de la pièce, choix de la configuration, etc.) et optimiser les mouvements afin de maximiser les chances de succès de la fabrication. L'analyse des pièces de qualification permettra in fine d'évaluer la précision atteignable pour la fabrication des pièces industrielles. Cette méthodologie pourra être utilisée pour qualifier la capabilité de cellules de FA destinées à différents secteurs industriels : aéronautique, énergie, naval, etc.

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Les résultats des travaux feront l’objet de publications scientifiques qui seront soumises aux meilleurs journaux internationaux du domaine (Additive Manufacturing, CIRP Annals, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Precision Engineering, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, etc.). Des présentations seront également réalisées lors de conférences internationales ainsi que dans le cadre de conférences nationales (conférence Manufacturing’21 ou Colloque S-mart). Des présentations des résultats sont également prévues à destination des industriels lors d’événements nationaux (France Additive) ou régionaux (Pôle de compétitivité CIMES en Région AURA, TEAM Henri Fabre et Pôle Mer Méditerranée en PACA). A l’échelle internationale, une participation au comité de normalisation ISO-TC261/CEN-TC438/UNM-920 pour les normes relatives au domaine du projet est également envisagée.

Les procédés de fabrication additive (FA) par dépôt direct sont en plein développement et répondent à un besoin industriel clairement identifié de fabrication de pièces brutes de grandes dimensions, dans des délais serrés, et des quantités allant du prototype à la petite série. L’utilisation de machines à architectures multi-axes permet la fabrication de pièces de formes complexes sans recourir à du matériau support, ce qui est particulièrement intéressant pour la fabrication de pièces métalliques. Cependant, un des freins au développement de ces technologies est le manque de maîtrise de la qualité des pièces produites, en fonction de la taille et de la morphologie de la pièce à réaliser, mais aussi des paramètres liés au procédé et au processus (dont la trajectoire de dépôt), et à la cellule de production (architecture, type et dimensions des machines/robots). L’objectif principal du projet CAP-AM est donc de développer des "outils" de qualification dimensionnelle et géométrique de procédés de FA par dépôt direct multi-axes. Le projet se propose également de développer des méthodes d’optimisation spécifiques à la FA multi-axes permettant d'améliorer les mouvements du robot utilisé et donc la qualité géométrique des pièces produites en fonction de leur typologie. L’originalité du projet réside dans la proposition d'entités spécifiques à la qualification de procédés de dépôt multi-axes et dans la définition de méthodes d’optimisation de trajectoires spécifiques au couple procédé/porteur ; ces deux nouveaux développements étant réalisés en forte interaction. L'analyse des pièces de qualification permettra in fine d'évaluer la précision atteignable pour la fabrication de pièces industrielles. Ces pièces pourront également être utilisées pour qualifier la capabilité de cellules de FA – lors de leur réception – destinées à différents secteurs industriels : aéronautique, énergie, équipements industriels, naval, voire génie civil.