Investigations sur les déviations expérimentales géométriques du procédé 3DP-LPBF

Résumé

Ce projet s’inscrit dans le domaine de la fabrication additive (FA), plus précisément, il vise l’identification des performances dimensionnelles du procédé de Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ou fusion sélective par laser. Les travaux portent sur l’identification du retrait dimensionnel et la quantification des variations dimensionnelles et géométriques sur les pièces issues de ce procédé. Le procédé LPBF étant relativement jeune, il n’existe que très peu d’informations ou de normes qui abordent la capabilité de ce procédé. Dans une démarche de ‘Conception pour fabrication’ (Design for Manufacturing), la connaissance a priori des performances dimensionnelles du procédé LPBF est incontournable. Ce projet se propose de les étudier et de les quantifier. Le premier jalon de notre recherche consiste à mesurer et à quantifier l’effet de la position de la pièce produite dans la chambre de fabrication sur les déviations dimensionnelles. Le but de la démarche est de déceler l’existence d’un motif de distribution des erreurs afin de compenser l’erreur systématique, et de proposer un guide de positionnement aux concepteurs qui interviennent dans le domaine. Ce jalon consiste également à quantifier l’inter (d’une impression à une autre) et l’intra (plusieurs composants identiques dans la même impression) répétabilité du procédé. Cette étape a fait l’objet d’une publication dans un journal avec comité de lecture. « Intra- and Inter-Repeatability of Profile Deviations of an AlSi10Mg Tooling Component Manufactured by Laser Powder Bed Fusion », Journal of Manufacturing and Materials Processing, 2018, 2(3), 56-70. Le second jalon consiste à quantifier les effets d’échelle et de la répartition de la matière sur les déviations dimensionnelles et géométriques. Ce jalon quantifie également les effets du post traitement que subit la pièce après fabrication, soit le traitement thermique de relaxation des contraintes, le détachement des pièces de la plaque de fabrication et le nettoyage de la pièce par projection de matière sur sa surface. Cette étude a fait l’objet d’une deuxième publication dans un journal avec comité de lecture avec le titre de « Scale, Material Concentration, Stress Relief and Part Removal Effects on the Dimensional Behaviour of Selected AlSi10Mg Components Manufactured by Laser Powder Bed Fusion », Journal of Manufacturing and Materials Processing, 2019, 3(2), 49-67. Le troisième jalon est une investigation expérimentale de la capacité de prédiction d’un simulateur numérique du procédé. En effet, après la mise sur le marché du logiciel ANSYS Additive Print par ANSYS inc., et dont l’une des fonctionnalités est justement de prédire les déviations géométriques du procédé LPBF, nous avons jugé intéressant de valider ses performances en comparant les prédictions numériques avec les déviations telles que mesurées expérimentalement. Nous avons donc conçu des pièces spécifiquement pour l’étude. Cette investigation a fait l’objet d’une présentation orale à la première conférence canadienne sur la FA, (HI AM 2019), et d’une publication dans un journal avec comité de lecture, avec le titre de « Geometric deviations of laser powder bed fused AlSi10Mg components: Numerical Predictions versus Experimental Measurements ». Additive Manufacturing Journal, article soumis. Le quatrième jalon de cette étude s’articule autour de la construction d’un modèle prédictif simple des déviations dimensionnelles des pièces issues du procédé. Le modèle est basé sur des métriques qui estiment les déviations dimensionnelles en fonction du niveau de concentration (ou répartition) de la matière tout en tenant compte de l’effet d’échelle. Nous présentons les résultats du modèle et nous comparons ses performances avec les simulations numériques et les mesures expérimentales.

Date	19 déc. 2019
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Antoine Tahan (Directeur(-trice)) & Vladimir Brailovski (Codirecteur(-trice))