Détection de défauts dans le procédé L-PBF à l'aide de mesures et d'analyses de données in situ

Abstract

Ces dernières années, la fabrication additive métallique a connu un énorme changement de paradigme, passant du prototypage à la production en série en raison de sa capacité à pouvoir produire des pièces complexes. De plus, la fabrication additive métallique offre des degrés de liberté supplémentaires en termes de flexibilité et de fonctionnalités de conception. De nos jours, les fournisseurs de machines cherchent à améliorer les performances des machines commerciales en les instrumentant afin de réaliser des mesures in-situ en temps réel. Cette surveillance permettra d'améliorer la qualité, la fiabilité et la répétabilité des pièces. L’enjeu est de pouvoir traiter les données capturées in situ et de les corréler avec les différentes étapes du processus.Cette thèse présente une méthodologie pour détecter et identifier les anomalies pendant la fabrication d’une pièce par le procédé de fusion laser-lit de poudre (L-PBF) en utilisant les instrumentations commerciales in situ. Dans un premier temps, une étude approfondie basée sur les aspects microstructuraux et mécaniques de l'alliage AlSi7Mg0.6 est réalisée, et la stratégie de balayage la mieux adaptée est identifiée. Cette étude a servi de base pour réaliser des corrélations entre les interactions laser/matériaux et le résultat du processus (signaux du bain de fusion).Différents types d'instrumentation in situ tels que les caméras infrarouges et les systèmes commerciaux à base de photodiodes sont étudiés pour mieux comprendre l'interaction laser-poudre. La tomographie optique EOSTATE coaxiale basée sur une caméra fournie par EOS GmbH est exploitée, et une étude de cas basée sur des techniques d'analyse de données est proposée pour identifier les couches de dérive potentielles. De même, une méthodologie basée sur l'apprentissage automatique est développée pour extraire les caractéristiques critiques aux échelles globale et locale pour le module in situ de surveillance du bain de fusion de SLM Solutions GmbH basé sur des photodiodes. Comme nous le savons, l'interaction laser-poudre dépend non seulement des paramètres du procédé mais également de l'étalement du lit de poudre. Les caractéristiques critiques du lit de poudre sont ainsi identifiées à l'aide du système de contrôle des couches et d'algorithmes de vision par ordinateur et une méthodologie est proposée pour identifier les anomalies d'étalement du lit de poudre et leur influence sur le signal du bain de fusion. Une étude de cas est présentée pour étudier l'efficacité et la robustesse de la méthodologie proposée.