Méthodes numériques pour la prédiction des déformations et l'anticipation des retraits thermiques en fabrication additive

Swiss partners

• HES-SO, HEIG-VD: Eric Boillat (main applicant)

Partners in the MENA region

• Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, Université de Sfax, Tunisie: Sana Koubaa (main applicant), Omar Ayadi

Presentation of the projet

Depuis plusieurs années, la fabrication additive connaît un essor remarquable parce qu'elle complète les procédés de fabrication traditionnels en offrant des solutions pour réaliser des pièces complexes non usinables ou pour fabriquer des petites séries, lorsque l'amortissement d'un outillage dédié est impossible.

Le présent projet concerne  le procdédé additif LPBF (Laser Powder Bed Fusion). Il consiste à déposer une poudre en fines couches successives. Chaque couche déposée est balayée par un laser parcourant une trajectoire en rapport avec la géométrie de la pièce. Là où elle est touchée par le laser, la poudre fond et se transforme en un solide cohérent lorsque la température retourne à la valeur ambiante.

La précision du procédé L-PBF est affectée par le retrait de la matière lors du refroidissement. Ce mécanisme provoque des gauchissements dans des proportions  incompatibles avec les applications mécaniques. Dans ces conditions, il est nécessaire d'imprimer une géométrie légèrement fausse de sorte que la pièce récupérée après les déformations thermiques, soit aux cotes souhaitées. Dans la pratique, l'anticipation des retraits est réalisée de façcon empirique. En se basant sur son expérience, l'opérateur corrige la géométrie à imprimer, fabrique la pièce puis la mesure. Si elle n'est pas correcte, il applique une nouvelle correction à la géométrie puis réimprime et ainsi de suite jusqu'à l'obtention d'une pièce aux cotes. Cette démarche  allonge considérablement les délais de fabrication et compromet l'intérêt économique du procédé lui-même.

Le but de ce projet est de combiner les compétences de les écoles d'ingénieur d'Yverdon et de Sfax  en modélisation, en calcul scientifique et en fabrication additive (L-PBF) pour développer une technique d'anticipation des déformations basée sur la simulation. Remplacer par des calculs le protocole classique d'essai-erreur devrait permettre une économie de matière de temps et de coûts de production.

Ce projet  créera un cadre collaboratif entre les deux écoles dans le domaine de la fabrication additive métallique. Le projet Def@Fab donnera une occasion aux jeunes chercheurs ayant un intérêt pour la thématique abordée de s'impliquer activement et proposer leurs propres solutions.  L'intégration de ces connaissances renforcera la formation des élèves ingénieurs en prototypage - fabrication additive et simulation EF.