Caractérisation et simulation des défauts géométriques des pièces en fabrication additive

par Soukaina Ghaoui

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Alex Ballu, Yann Ledoux et de François Villeneuve.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Physiques et de l'Ingénieur , en partenariat avec I2M Institut de Mécanique et d'Ingénierie (laboratoire) depuis le 10-11-2017 .


  • Résumé

    Les nouvelles possibilités techniques offertes par la Fabrication Additive (FA) de matériaux métalliques ouvrent la voie à la conception de pièces aux formes complexes et innovantes mais dont la maîtrise de la qualité en termes de santé matière, d'état de surface et de géométrie de pièces n'est pas assurée. La proposition de thèse porte sur la maîtrise de la géométrie globale de la pièce obtenue par procédés SLM (Selective Laser Melting) et EBM (Electron Beam Melting) et se distingue de la majorité des recherches traitant d'aspects plus micrométriques ou macrométriques. Les distorsions géométriques relevées s'expliquent en partie par le couplage entre les gradients thermiques imposés lors de la fabrication et l'évolution des formes au cours du refroidissement (dépôts de couches successives) engendrant des états de contraintes résiduelles non négligeables. Les caractéristiques des matériaux, la localisation de la pièce par rapport aux parois, les caractéristiques des poudres et les trajectoires de balayage sont autant de paramètres technologiques qui modifient radicalement les phénomènes physiques et thermomécaniques mis en jeu. Le premier objectif de la thèse est d'identifier les défauts géométriques des pièces fabriquées et leurs variabilités. Des méthodes d'analyse statistique multivariée sur des lots de pièces fabriqués avec des paramètres différents permettront d'établir des relations entre les phénomènes physiques des procédés, les paramètres de réglages et la géométrie obtenue. Le second objectif est de prédire les déformations des pièces par simulation. L'approche la plus simple repose sur l'intégration de gradients thermiques et de phénomènes de dilatation au sein de la pièce ; de manière plus fine, il faut simuler le dépôt de couches successives avec gradients thermiques. Dans un second temps, une démarche complémentaire de simulations hybrides sera développée afin de réduire drastiquement les temps de calcul avec une approche à base de macro-éléments

  • Titre traduit

    Characterization and simulation of geometrical defects of workpieces in additive manufacturing


  • Résumé

    The new technical possibilities offered by the Additive Manufacturing (FA) of metallic materials pave the way for the design of parts with complex and innovative shapes but whose quality control in terms of material health, surface condition and geometry of parts is not assured. The thesis proposal deals with the mastery of the global geometry of the piece obtained by SLM (Selective Laser Melting) and EBM (Electron Beam Melting) processes and differs from the majority of researches dealing with more micrometric or macrometric aspects. The geometric distortions observed can be explained in part by the coupling between the thermal gradients imposed during the manufacturing process and the evolution of the shapes during cooling (successive layer deposits) generating significant non-negligible residual stress conditions. The characteristics of the materials, the location of the part with respect to the walls, the characteristics of the powders and the scanning trajectories are all technological parameters which radically modify the physical and thermomechanical phenomena involved. The first objective of the thesis is to identify the geometric defects of the pieces manufactured and their variability. Methods of multivariate statistical analysis on batches of parts manufactured with different parameters will make it possible to establish relationships between the physical phenomena of the processes, the adjustment parameters and the geometry obtained. The second objective is to predict the deformations of the pieces by simulation. The simplest approach is based on the integration of thermal gradients and expansion phenomena within the room; in a finer way, it is necessary to simulate the deposition of successive layers with thermal gradients. In a second step, a complementary approach of hybrid simulations will be developed in order to drastically reduce computing times with a macro-elements approach.