Pilotage intelligent des trajectoires en fabrication additive laser fil

Intelligent Tool path generation in Wire Laser Additive Manufacturing

• Auteur / Autrice : Clément Roch
• Direction : Sylvain Lavernhe
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Géométrie tridimensionnelle des pièces et des mécanismes
• Partenaire(s) de recherche : référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay

Mots clés

Mots clés libres

Fabrication additive

Laser

Fil

Trajectoire

Additive manufacturing

Laser

Wire

Tool path

Résumé

La fabrication de pièce dans ses états bruts est remise en cause par les développements technologiques et évolutions des procédés, notamment en fabrication additive. La technologie "laser-fil" (Wire Laser Additive Manufacturing) consiste à déposer de la matière apportée sous forme de fil, localement fondu par une énergie concentrée provenant d'un laser. Dans ce cadre, l'enjeu est de fabriquer des pièces de petite et moyenne dimension, dont la géométrie et la qualité sont proches de la pièce finie, tout en contrôlant la structure matière et les caractéristiques mécaniques associées. L'objectif des travaux de thèse est de maîtriser la géométrie fabriquée. D'une part il s'agit de gérer localement le cordon et la peau de la pièce pour éviter les fluctuations locales (bourrelets liés à un surplus matière ou cavités présentant un manque de matière). D'autre part, à l'échelle de la pièce, il faut contenir les déformations liées à la dissipation d'énergie et aux contraintes thermomécaniques associées. La maîtrise du procédé sera effectuée par un pilotage des trajectoires (vitesse robot, vitesse fil, puissance et position focale laser, position relative de la tête, séquence de dépose) basé sur une modélisation réaliste du comportement robot, des géométries déposées, ainsi que sur un indicateur thermique macroscopique caractérisant l'état de la pièce. Le développement d'une instrumentation adaptée est aussi attendu, en lien avec le pilotage du procédé pour confronter modèles et réel au travers d'un jumeau numérique du système de production.

The manufacturing of parts in their raw state is challenged by technological developments and process changes, particularly in additive manufacturing. The "laser-wire" technology (Wire Laser Additive Manufacturing) consists in depositing material brought in the form of wire, locally melted by concentrated energy from a laser. In this context, the challenge is to manufacture small and medium-sized parts, whose geometry and quality are close to the finished part, while controlling the material structure and associated mechanical characteristics. The objective of the thesis work is to control the manufactured geometry. On the one hand, it is necessary to locally manage the bead and the skin of the part to avoid local fluctuations (beads related to an excess material or cavities with a lack of material). On the other hand, at the part scale, it is necessary to contain the deformations linked to energy conduction and the associated thermomechanical stresses. The control of the process will be carried out by controlling the trajectories (robot speed, wire speed, laser power and focal position, relative position of the head, deposition sequence) based on a realistic modeling of the robot behavior, of the deposited geometries, as well as on a macroscopic thermal indicator characterizing the state of the part. The development of an appropriate instrumentation is also expected, in connection with the process control to confront models and reality through a digital twin of the production system.