Proposition de méthodologie de qualification de procédé de Fabrication Additive par intégration des connaissances.

par Alexandre Schneider

Projet de thèse en Sciences IFTS - STS

Sous la direction de Yvon Gardan.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences, Technologies, Santé , en partenariat avec (CRESTIC) Centre de Recherches en STIC (laboratoire) et de Equipe SysCom-CRESTIC (equipe de recherche) depuis le 24-11-2014 .


  • Résumé

    Il existe deux moyens d'évaluer le rendement d'une machine ou d'un procédé. Par série de mesure directe sur machine ou par mesure à partir de pièces tests manufacturées. Dans le cas de la FA, nous privilégions la deuxième solution au vue de la complexité à instrumentaliser une machine de FA (dangerosité des lasers…). L'objectif étant multiple (comparaison des technologies entre elles, validation d'un procédé pour « rassurer » un client (répétabilité, etc.), optimisation de paramètres comme la rugosité ou les caractéristiques mécaniques/dimensionnelles, détermination des limites d'utilisation d'une machine pour identifier les domaines à améliorer, ou encore pour donner un moyen de comparaison au fournisseur pour démontrer leurs avancées technologiques), il devient déterminant de cibler notre étude. Actuellement, toutes ces pièces (artefacts) sont préconçues pour un contrôle par MMT et, de fait, le contrôle des formes gauches devient problématique. L'utilisation de technologie sans contact pourrait être un plus pour exploiter au mieux les formes réalisables par les technologies de fabrication additive. La démocratisation des moyens de reconstruction a ouvert de nombreuses applications dans les domaines du Reverse Engineering, du contrôle dimensionnel ou encore de l'inspection en ligne. De par leur facilité apparente d'utilisation, leur maniabilité et surtout la quantité de points enregistrée en un laps de temps très court, les systèmes de numérisation 3D sans contact par triangulation laser (type Zscan) ont connu un grand essor. Ce postulat étant énoncé, il vient naturellement la question de l'exactitude des données acquises vis-à-vis du modèle réel physique. Dans ces travaux, nous mettrons en avant la numérisation 3D appliquée au contrôle dimensionnel et, de fait, va donc consister à quantifier les erreurs ou approximations du nuage de points dans l'objectif de minimiser l'écart par rapport au modèle réel. Ce travail de quantification passera sans aucun doute par la mise en place de plans d'expériences visant à cibler les facteurs influents lors d'un scan 3D mais également à anticiper la phase de maillage (triangulation) d'outil comme 3DReshaper, CATIA GSD ou encore GOM Inspect en recherchant les points critiques à éviter ou limiter (l'idée est de comprendre la triangulation utilisée par les logiciels pour limiter les défauts de reconstruction dus à des points aberrants ou comment nettoyer un nuage de point pour faciliter la phase de triangulation). Cette première phase de l'étude va permettre de mettre en évidence un guide de bonnes pratiques pour l'obtention d'un nuage de point de qualité par numérisation 3D sans contact permettant de formaliser et de valider des pratiques empiriques. Afin de réduire le nombre de pièce test, l'apport de la simulation numérique serait un outil d'une pertinence non négligeable. En effet afin d'éviter de fabriquer trop d'artefacts un modèle de calcul permettrait d'anticiper un maximum de problèmes en amont grâce à la simulation numérique (test de résistance, espace de solution grâce à l'optimisation multicritères, plans d'expériences virtuels, …). La qualification virtuelle, en corrélation avec des essais physiques, permet des gains importants en termes de matière utilisée mais également en termes d'innovation dans le cadre de l'anticipation numérique. Dans le cadre de l'artefact cette modélisation fonctionnelle spécifique permet de structurer en amont les fonctions nécessaires à sa création et inclure ainsi toutes les données nécessaires à sa mise en œuvre : données matériaux, dimensions admissibles, données calcul, … Dans ce cadre une optimisation multicritères permet de parcourir un espace de solution important.

  • Titre traduit

    Proposed Methodology qualification process Additive Manufacturing by integrating knowledge.


  • Résumé

    There are two ways to evaluate the performance of a machine or a process. Series by direct measurement on machine or directly by measuring from artefact parts. In the case of AM, we prefer the second solution in view of the complexity exploit a machine AM (dangerous lasers ...). The goal is multiple (comparing these technologies, validation of a method to "reassure" customers (repeatability, etc.), optimization of parameters such as roughness or mechanical / dimensional characteristics, determining the limits of use a machine to identify areas for improvement, or to provide a means of comparing the supplier to demonstrate their technological advances), it becomes crucial to focus our study. Currently, all these parts (artifacts) are designed for inspection by CMM, and in fact, control of freeform becomes problematic. The use of contactless technology could be more to make the most feasible forms by additive manufacturing technologies. The democratization of the means of reconstruction has opened up many applications in the fields of reverse engineering, dimensional inspection or the inspection line. By their apparent ease of use, maneuverability and above the amount of points recorded in a very short period of time, the systems 3D scanning non-contact laser triangulation (ZScan type) have boomed. This assumption being stated, it naturally comes the question of the accuracy of the acquired vis-à-vis the actual physical data model. In this work, we will put 3D scanning used for dimensional inspection and, in fact, will therefore be to quantify errors or approximations of the point cloud in order to minimize the deviation from the actual model. This work of quantization will undoubtedly by the implementation of experimental design to target the influential factors during a 3D scan, but also to predict the phase of meshing (triangulation) 3DReshaper tool as CATIA GSD or GOM Inspect still seeking the critical points to avoid or limit (the idea is to understand the triangulation used by the software to limit defects reconstruction due to outliers or how to clean a point cloud to facilitate the phase triangulation). This first phase of the study will help to identify a best practice for obtaining a point cloud quality 3D scanning contactless to formalize and validate empirical practices. To reduce the number of test piece, the contribution of numerical simulation is a tool of considerable relevance. Indeed, to avoid making too many artifacts, a computational model would predict a maximum of upstream issues through digital simulation (stress test, solution space by optimizing multiple criteria, design of experiments virtual, ...). Virtual qualification, in correlation with physical tests, allows significant gains in terms of material used but also in terms of innovation in the context of digital anticipation. As part of the artifact that specific functional modeling allows to structure upstream functions necessary for its creation and include all necessary implementation Data: materials, available sizes, data calculation... In this context optimization Advanced allows you to browse a large solution space.