Caractérisation et simulation des défauts géométriques induits par les phénomènes thermomécaniques en fabrication additive métallique EBM

Abstract

L’utilisation du procédé de fusion par faisceau d’électrons EBM dans le monde industriel impose la maîtrise de la qualité finale des pièces produites. A l’heure actuelle, certaines géométries de pièces restent difficiles à produire et présentent des défauts géométriques de grandes amplitudes. C’est le cas des géométries en surplomb qui donnent lieu à des défauts de type : perte de bord, warping, etc. La maîtrise de ces défauts nécessite une bonne compréhension des phénomènes thermomécaniques en jeu. L' objet des travaux présentés dans ce manuscrit est d’analyser les principaux phénomènes responsables des défauts des surplombs, grâce à une approche expérimentale et des approches numériques. Dans un premier temps, une analyse approfondie de la chaîne numérique du procédé permet de déterminer les variations des paramètres durant la fabrication (courant et vitesse du faisceau, temps de couches, etc.). Cette connaissance approfondie des paramètres est utilisée par la suite lors de l’analyse expérimentale du procédé et du paramétrage des simulations. Les défauts géométriques de plusieurs lots produits suivant différentes configurations sont caractérisés et analysés. Les paramètres de fabrication influençant les dispersions des défauts sont identifiés, ainsi que les phénomènes thermomécaniques responsables de leur apparition. Ensuite, une simulation thermomécanique détaillée du procédé est mise en place. Elle est basée sur l’activation d’éléments pour reproduire le processus de fabrication additive par balayage et par couches successives. Elle est conduite en deux phases, une phase de simulation purement thermique et une phase de simulation thermomécanique. Cette simulation coûteuse en temps de calcul est complétée par des modèles de simulation rapide, présentés dans la dernière partie du document avec en particulier une méthode réalisée en une seule phase basée sur les courbes de variation de température dans la pièce.