Elaboration de stratégies de commande numérique pour une optimisation de la vitesse de parcours en fabrication additive

Numerical control strategies for trajectory tracking speed optimization in additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Fetra Rasoanarivo
• Direction : Didier Dumur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 29/06/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Tournier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Dumur, Alain Bernard, Richard Béarée, Frédéric Vignat, Pedro Rodriguez Ayerbe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Bernard, Richard Béarée

Mots clés

Mots clés contrôlés

Galvanomètres

Commande numérique

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fabrication additive

Commande numérique

Galvanomètre

Numerical control

Galvanometer

Additive manufacturing

Résumé

En fabrication additive, l’un des objectifs principaux est d’optimiser la productivité de la machine en maximisant la vitesse de parcours, ceci quel que soit l’actionneur utilisé ainsi que sa source d’ énergie associée. Dans ce contexte, un maillon important a trait à la recherche de stratégies de pilotage optimales pour les actionneurs considérés. Dans le cadre de cette thèse, on s’intéresse spécifiquement à l’association galvanomètre comme actionneur de partie opérative et laser comme source d’énergie associ ée. Dans le contexte galvanomètre/laser, les performances actuelles des systèmes de scanning sont limitées par la méconnaissance des effets de la dynamique de l’actionneur sur la position effective du spot au cours du temps. Il est en effet nécessaire de connaitre finement les effets de la dynamique actionneur sur la position effective du spot. Dans le cas contraire, si cette dernière n’est pas maitrisée, la synchronisation de l’allumage du laser repose sur des temporisations non optimisées, ce qui a pour effet immédiat d’ajouter constamment des temps morts de plusieurs millisecondes et de ralentir le processus. La maitrise de la position du spot au travers d’une modélisation fidèle constituerait alors unenette amélioration dans la chaine de commande pour étudier l’augmentation des vitesses de parcours. Dès lors, les travaux consistent à élaborer des méthodes de modélisation fidèle au système industriel et des stratégies de commande adaptées à l’application fabrication additive.

In the field of additive manufacturing, one of the main objectives is the optimization of the production through maximization of machining speeds, regardless of the actuator and the power source deployed. In this framework, investigation of optimized control strategies for the actuators is a major issue. In this Thesis, we will place emphasis on the system which consists of galvanometer as actuators and laser as power source. In the galvanometer laser scanner context, current performance is limited by the unknown effects of the actuator dynamics on the laser spot position over time. It is necessary to master these actuator dynamics otherwise unoptimized timeouts are introduced, which slow down the machining process. Machining speeds can be enhanced through accurate modeling of the actuator dynamics. Works in this thesis consist in implementing accurate simulation environment of the actuator system and control strategies suitable to the additive manufacturing operation.