Contributions à la définition de règles de fabrication pour le procédé DED-LP par une approche thermique et géométrique

Abstract

La fabrication additive métallique est un enjeu phare de l’industrie du futur. La technologie Directed Energy Deposition-Laser Poudre (DED-LP) consiste à projeter de la poudre métallique dans un bain de fusion, entretenu par un faisceau laser qui se déplace, couche après couche, façonnant ainsi la pièce. Pour atteindre le point de fusion des métaux, un fort apport local d’énergie est nécessaire, impliquant de nombreux phénomènes thermiques à différentes échelles. Le procédé DED-LP peut conduire à un dépôt de couches de hauteur irrégulière, induisant de ce fait des conditions thermiques bien différentes d'une couche à l'autre, malgré des paramètres de consigne inchangés. Cette non-uniformité des couches peut être imputée aux phénomènes d'autorégulation et de divergence inhérents au procédé. Ils sont pilotés par deux paramètres connexes (distance de travail et incrément en z) très peu étudiés bien qu’ils jouent un rôle majeur dans la hauteur finale de la pièce. Afin de maîtriser l’évolution de cette dernière selon la configuration de fabrication employée, un modèle géométrique est développé et permet de dégager des règles de fabrication. Il doit cependant être complété par une approche thermique permettant d'anticiper des défauts critiques pour la réalisation de la pièce ou pour la santé du matériau obtenu. Il est à ce titre nécessaire de prédire l'histoire thermique en amont de la fabrication de la pièce. Cependant le temps de calcul déjà conséquent pour des petites pièces devient considérable pour des pièces de grandes dimensions. Pour pallier cet inconvénient, un modèle hybride d’éléments finis (MEF) et de décomposition orthogonale propre (POD) est implémenté afin d’exploiter au maximum les comportements thermiques induits par le caractère répétitif du procédé. Ces outils numériques (une fois validés par des données expérimentales) permettent de modéliser le comportement thermo-géométrique du procédé DED-LP et ainsi préconiser des paramètres et stratégies de fabrication