Maîtrise de la qualité en fabrication additive

Additive Manufacturing Quality Management

• Auteur / Autrice : Alexandre Piaget
• Direction : Henri Paris
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel : conception et production
• Date : Soutenance le 30/01/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Dantan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Museau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Marc Linares, Christophe Tournier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Porosité

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fabrication Additive

Electron Beam Melting

Espace de Fabrication

Détection de Porosité

Additive Manufacturing

Electron Beam Melting

Manufacturing Space

Porosity Detection

Résumé

En utilisant des solutions de production issues des technologies de Fabrication Additive (FA), l’industrie s’ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication de pièces à haute valeur ajoutée. Dans le but d’être pleinement exploitables, ces procédés de fabrication doivent permettre la réalisation de pièces dont la qualité est adaptée aux besoins de l’industrie. Ces travaux se concentrent sur deux points ciblés de la maîtrise de la qualité en FA appliquée à la technologie Electron Beam Melting (EBM).Le premier point abordé s’intéresse à l’impact de la position d’une pièce dans l’espace de fabrication d’une machine sur la qualité géométrique de cette pièce. Pour caractériser l’espace de fabrication de la machine Arcam A1, plusieurs séries de pièces sont fabriquées à différentes localisation de l’espace, puis comparées à leur design initial. Les écarts mesurés entre les pièces et leur géométrie souhaitée montrent que la périphérie de l’espace de fabrication est une zone sujette à d’importants défauts géométriques. Ces défauts sont caractérisés et des solutions sont proposées pour en limiter l’impact sur la qualité géométrie des pièces.Le second point traite de la porosité des pièces fabriquées. Lorsque l’apport énergétique du faisceau d’électron n’est pas adéquat pour fondre correctement la poudre, des pores peuvent se former dans le matériau des pièces fabriquées. La géométrie et le matériau des pièces rendent difficiles la détection de ses pores. Une méthode de détection est proposée pour détecter la présence de pores dans une pièce via un contrôle standardisé sur un élément qui copie les conditions de fusion de la pièce. Cette méthode propose deux alternatives de contrôle : un contrôle optique (rapide, abordable mais peu précis) et un contrôle tomographique (plus précis que le précédent mais moins rapide et abordable). Un algorithme de traitement d’image innovant a été développé dans le cadre de cette étude afin de rendre les tomographies du témoin plus fiables.

By using production solutions from Additive Manufacturing (AM) technologies, the industry is opening up new possibilities for manufacturing high added value parts. In order to be fully exploitable, these manufacturing processes must allow the production of parts whose quality is adapted to the needs of the industry. This work focuses on two aiming points of quality control in AM applied to Electron Beam Melting (EBM) technology.The first point deals with the impact of a part position in the manufacturing space of a machine on the geometric quality of this part. To characterize the manufacturing space of the Arcam A1 machine, several series of parts are manufactured at different locations of the space, then compared to their initial design. The differences measured between the parts and their desired geometry show that the periphery of the manufacturing space is a zone subject to important geometrical defects. These defects are characterized and solutions are proposed to limit the impact on the geometrical quality of parts.The second point deals with the porosity of manufactured parts. When the energy supply of the electron beam is not adequate to melt the powder properly, pores can form in the material of the manufactured parts. The geometry and material of the parts make it difficult to detect its pores. A detection method is provided to detect the presence of pores in parts via a standardized control on an item that copies the parts merging conditions. This method offers two control alternatives: an optical control (fast, affordable but not very accurate) and a tomographic control (more accurate than the previous one but slower and costlier). An innovative image processing algorithm is developed as part of this study to make the item tomography scans more reliable.