Simulation Based deposition Strategies Evaluation and Optimization in Wire Arc Additive Manufacturing

Evaluation et optimisation des stratégies de dépôt en fabrication additive arc-fil basée sur la simulation Le Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) est le procédé de fabrication additive permettant d’obtenir de grandes pièces par empilement successif de cordons de soudure, au moyen des technologies de soudage à l’arc. La fabrication additive arc-fil emploie une énergie électrique pour mettre en fusion un fil d’apport, et permet notamment des taux de déposition élevés dans un grand espace de travail. Cependant, la qualité des pièces fabriquées par WAAM est grandement affectée par les différents phénomènes thermiques présents au cours de la fabrication, tels que l'accumulation de chaleur, et les champs de températures non uniformes. La qualité des pièces fabriquées peut être évaluée sous deux aspects, la précision géométrique et la santé matière, et peut varier considérablement en fonction de la stratégie de dépôt choisie, car elle façonne l'historique thermique de la pièce au cours du processus de fabrication. La simulation numérique reste un outil efficace pour aborder ces questions. Dans cette thèse, un modèle éléments finis est développé afin d'étudier le comportement thermique du procédé WAAM. Ce modèle est basé sur une nouvelle technique de modélisation du dépôt de métal. Cette dernière permet de construire progressivement le maillage représentant les régions déposées le long de la trajéctoire du dépôt, en prenant en considération la distribution de l'énergie entre le métal d'apport et le bain de fusion, ainsi que le changement des conditions aux limites. Ensuite, un ensemble de critères thermiques de qualité est développé grace au modèle d'éléments finis proposé, permettant une meilleure prédiction des différents défauts affectant la qualité des pièces WAAM. Enfin, une méthode d'optimisation basée sur la simulation est proposée afin d'optimiser les stratégies de dépôt du procédé WAAM, dans le but d'améliorer la qualité des pièces fabriquées. Dans cette méthode, l'historique thermique souhaité de la pièce est dicté en ajustant les paramètres de la stratégie de dépôt le long de la trajetoire de dépôt. Les stratégies optimisées sont déterminées à l'aide de la simulation thermique précédemment développée, par rapport aux différents critères thermiques de qualité. La méthode globale est validée par une série d'expériences, et s'est avérée efficace pour assurer une qualité constante et fiable dans une production par WAAM.