Trois projets de l’IRT SystemX pour optimiser la fabrication additive

Lors d'un webinaire organisé le 25 novembre, l'IRT SystemX a présenté plusieurs projets menés avec des partenaires industriels sur la fabrication additive. Au programme : simulation des comportements mécaniques, optimisation topologique et algorithmes pour renforcer le procédé d'impression.

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Trois projets de l’IRT SystemX pour optimiser la fabrication additive

L’institut de recherche technologique SystemX, dédié à la transition numérique, a organisé le 25 novembre un webinaire consacré aux solutions développées pour répondre aux enjeux de l’industrie du Futur. A cette occasion, l’IRT a présenté plusieurs projets en cours, menés avec des partenaires industriels, pour mettre au point les procédés de l’usine de demain.

Plusieurs interventions, notamment celle d’ Hervé Gilibert, directeur technique et qualité d’Ariane Group , ont mis en avant l’importance croissante de la fabrication additive afin d’obtenir une production plus flexible et des pièces à forte valeur ajoutée. « La fabrication additive fait partie des axes importants de l’industrie 4.0. », a souligné Anouk Dubois, chef de projets de l’IRT SystemX « Elle doit cependant être optimisée pour répondre pleinement aux exigences de qualité d’industries comme l’aéronautique ou le spatial»

Pour preuve de l’importance de ce procédé : sur 7 projets présentés par l’IRT lors de ce webinaire, 3 visaient directement l’amélioration de certaines facettes de l'impression 3D.

Prévoir le comportement mécanique des structure lattice

Le projet Lattice : les industriels lorgnent la fabrication additive pour fabriquer des pièces de plus en complexes, notamment celles dotées de structures creuses dites lattice. Les propriétés mécaniques de de ces pièces sont cependant difficiles à évaluer à cause notamment de la variabilité des mailles de la structure et des états de surface également variables selon le procédé. Le projet de l’IRT, mené en collaboration avec l’IRT Saint Exupéry, vise à mettre au point un outil de simulation des propriétés mécaniques.

« Nous avons utilisé une méthode de mesure par tomographie des caractéristiques géométriques des pièces pour quantifier les dispersions associés », explique Xavier Lorang, responsable du projet « Nous avons ensuite conçu un modèle numérique paramétrique afin d’intégrer dans les calculs de simulation mécanique la variabilité géométrique qui a été mesurée. » Cet outil permettra de simuler le comportement mécanique des structures en tenant compte des variabilités géométriques intrinsèques au procédé de fabrication de fusion laser sur lit de poudre.

Vers une optimisation topologique et multi-physique

Le projet TOP (Toplogy Optimization Platform) vise à améliore le processus d’optimisation topologique, aujourd’hui indissociable de l’impression 3D pour la production de pièces à haute valeur ajoutée. L’outil numérique permet de générer une pièce mécanique conforme à un cahier des charges fixé par l’utilisateur, en calculant la répartition de la matière au sein d’un volume donné. Mené en partenariat avec Safran, Airbus et ESI Group, ce projet s’appuie sur la méthode dite des lignes de niveau, qui utilise un maillage numérique fin appliqué à la pièce à optimiser.

« C’est une méthode très précise qui offre une alternative riche et pertinente à la solution classique par distribution de densité », explique Christian Rey de Safran, « Cette approche plus fine permet de répondre aux besoins d’optimisation multi-physiques, incluant par exemple les échanges de chaleur, qui est de plus en plus demandée dans le cadre de l’optimisation topologique, en plus de la réduction de la masse de la pièce ».

Le dépôt de poudre par laser sous contrôle

Le projet CDF (conception des directives de fabrication) s’intéresse plus particulièrement au procédé de dépôt de poudre métallique par laser (LMD – Laser Metal Desposition) dans lequel la poudre est projetée avant d'être fusionnée. « Ce procédé est intéressant parce qu’il permet d’ajouter des fonctionnalités ou de réparer des pièces existantes », explique Emmanuel Delabarre de Safran Tech. Mené en partenariat avec Safran et les concepteurs de logiciels Esprit et Spring technologies, il vise à concevoir des modèles algorithmiques pour optimiser le parcours de la buse de projection en fonction de deux critères : la qualité des pièces à produire et les délais de conception.

« Le procédé LMD implique de nombreuses accélérations et décélérations du système de projection, ce qui peut créer des irrégularités dans les couches de dépôt de matière. », pointe Emmanuel Delabarre « Un outil numérique nous permettra de minimiser les essais nécessaires avant d’obtenir une pièce avec les caractéristiques voulues » Le modèle optimisera toutes les trajectoires du système de dépose de matière et permettra de prédire le temps de fabrication. Ce projet est également décliné dans une version orientée vers le procédé de dépôt de matière par arc fil (WAMM), menée avec le CETIM.

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