Modèle d’aide à la décision pour le choix des paramètres de fabrication du procédé WAAM : prise en compte des critères de performances mécaniques et industrielles durables

A decision support model to choose the WAAM process parameters considering both mechanical and sustainable performance indicators

• Auteur / Autrice : Laurent Terrenoir
• Direction : Christophe Merlo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique
• Date : Soutenance le 07/12/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ESTIA Recherche (1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Duc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julie Marteau, Mélanie Despeisse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Kerbrat, Lamia Berrah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Indicateurs de technologie

Durée de vie (ingénierie)

Procédés de fabrication

Prototypage rapide

Systèmes d'aide à la décision

Mots clés libres

DED

WAAM

Indicateurs de performances

Durabilité

Maturité industrielle

Aide à la décision

Comportement mécanique

DED

Performance indicators

Industrial maturity

Decision support

WAAM

Mechanical behavior

Sustainability

Résumé

Les procédés de fabrication additive métallique de dépôt sous énergie concentrée (Directed Energy Deposition - DED) sont encore peu matures malgré les nombreux travaux de recherche menés à leur sujet dans les dernières années. Pour contribuer à l’intégration industrielle des procédés DED, la maitrise des performances mécaniques et industrielles durables est impérative. Ces travaux de thèse proposent un cadre méthodologique outillé pour faciliter la mise en oeuvre de ces procédés via le choix de paramètres de fabrication pertinents.La première étape est le développement d’un modèle d’évaluation de la maturité pour supporter le choix d’une technologie DED pour un cas d’application envisagé. Puis un modèle de performances est défini et appliqué pour le cas d’étude choisi. Il s’agit du procédé WAAM-CMT pour la fabrication d’une pièce en acier 316L. Le modèle prédictif développé permet de lier les performances mécaniques et industrielles durables (force maximale admissible, précision dimensionnelle, temps de fabrication, coût de fabrication et impact environnemental) aux paramètres de fabrication les plus influents : la vitesse d’avance de fil et la vitesse de déplacement du robot. L’application de ce modèle met en lumière la divergence des paramètres de fabrication à choisir pour obtenir les performances optimales. La dernière étape du cadre de référence proposé présente le développement d’un modèle d’aide à la décision permettant le choix des paramètres de fabrication selon les critères de performances ciblés.Ainsi, ces travaux contribuent à l’industrialisation des procédés DED, en présentant un cadre méthodologique à étendre à d’autres applications. Dans le cadre de cette thèse, le choix des paramètres optimaux au vu des performances mécaniques et industrielles durables a été investigué pour la fabrication d’une pièce en WAAM en acier 316L.

The metal additive manufacturing processes of Directed Energy Deposition (DED) are still notvery mature, despite the numerous research projects carried out on them in recent years. Tocontribute to the industrial integration of DED processes, it is imperative to control themechanical quality of the produced parts and the sustainability of the manufacturing process.This thesis proposes a methodological framework to facilitate the implementation of thesetechnologi es by selecting relevant manufacturing parameters.The first step involves developing a maturity assessment model to support the selection of aDED technology for a specific use case. Subsequently, a performance model is developed forthe chosen case study , which focuses on the Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) of a316L stainless steel part. The developed predictive model establishes the analytics relationsbetween mechanical and sustainable performance (such as load bearing force, dimensionalaccurac y, manufacturing time, cost, and environmental impact) and the studied WAAMprocess parameters, namely, wire feed speed and travel speed. This model highlights theconflicts that arise between the analyzed performances when choosing the manufacturingparam eters. To address this issue, the proposed framework's final step presents theimplementation of a decision support model that enables the selection of manufacturingparameters based on the decision maker's prioritization of performance factors.Thus, thiswork contributes to the industrial development of DED processes by presenting amethodological framework that can be extended to other applications. This thesis investigatesthe selection of optimal parameters considering sustainable mechanical and indust rialperformance for WAAM in 316L steel.