Robotisation de la fabrication additive par procédé arc-fil : Identification et amélioration de la commande

Robotization of wire-arc additive manufacturing : Identification and improvement of the control

• Auteur / Autrice : Zeya Wang
• Direction : Gabriel Abba, François Léonard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance le 29/06/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz
• Jury : Président / Présidente : Aude Simar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gabriel Abba, François Léonard, Olivier Brüls, Guillaume Racineux, Belhassen-Chedli Bouzgarrou, Guillaume Morel, Sandra Zimmer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Brüls, Guillaume Racineux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité -- Contrôle

Commande automatique

Fil métallique

Soudage électrique -- Automatisation

Impression 3D

Prototypage rapide

Mots clés libres

FAAF robotisée

Géométrie du cordon

Prédiction précise

Stratégie d'amélioration

Contrôle-Commande

Contrôle in situ

Robotic WAAM

Bead geometry

Accurate prediction

Improvement strategy

Control system

In-Situ monitoring

Résumé

La fabrication additive de pièces métalliques a fait l'objet d'un vif intérêt ces dernières années comme une solution technologique importante pour la réalisation de pièces complexes. Parmi les différents procédés de la fabrication additive métallique, la fabrication additive arc-fil (FAAF) utilisant le soudage CMT (Cold metal transfer) est retenue pour notre étude grâce à son taux de dépôt important, faible coût des équipements et peu de perte de matière par projections lors de la fabrication. Dans la littérature, il est constaté que l'un des problèmes les plus importants qui empêchent l'application industrielle du procédé FAAF est la mauvaise précision géométrique des pièces fabriquées à cause de l'instabilité du procédé et du manque de contrôle-commande fiable pour traiter les irrégularités pendant le dépôt. L'objectif de ce travail est d'améliorer la stabilité et la performance géométrique du procédé. Dans ce travail, un système expérimental est mis en œuvre pour robotiser le procédé et contrôler la géométrie des pièces déposées. Le procédé est modélisé par les réseaux de neurones artificiels et un système contrôle-commande est développé permettant de commander la géométrie du dépôt et de réduire les erreurs de fabrication. De plus, une stratégie d'amélioration est appliquée afin de réduire les instabilités géométriques aux deux extrémités du cordon ; une méthode de contrôle in situ est également développée pour détecter les défauts internes des pièces déposées.

Additive manufacturing of metallic parts has gained significant popularity in recent years as an important technological solution for the production of complex parts. Among the different processes of metal additive manufacturing, the wire-arc additive manufacturing (WAAM) using CMT (Cold metal transfer) welding is taken for our study because of its high deposition rate, low cost of equipment and little loss of material (low spatter) during manufacturing. In the literature review, it can be noted that one of the most important problems that prevent the industrial application of the WAAM is the poor geometric accuracy of the manufactured parts due to the instability of the process and the lack of reliable control system to deal with irregularities during deposition. The focus of this work is to improve the stability and geometric performance of the process. In this work, an experimental system is implemented to robotize the process and to monitor the geometry of the deposited parts. The process is modeled by artificial neural networks and a control system is developed to regulate the geometry of the deposit and to reduce manufacturing errors. Furthermore, an improvement strategy is applied in order to reduce the geometric instabilities at the ends of the bead; an in-situ monitoring method is also developed to detect the internal defects of deposited parts.