Contributions à la modélisation géométrique du dépôt de matière pour l'élaboration d'un jumeau numérique du procédé WAAM

Les procédés de fabrication additive par dépôt de fil métallique sont en plein essor car ils proposent des taux de dépose matière très élevés et minimisent les problématiques HSE liées à l'exploitation de poudres métalliques. Si ce procédé issu du soudage est bien connu, son exploitation sur des cellules robotisées pour fabriquer des pièces de grande taille ou ajouter des fonctionnalités par rechargement nécessite de développer des stratégies de fabrication adaptées aux entités à fabriquer pour garantir l'efficacité du procédé tout en minimisant les déformations. Le développement de telles stratégies requiert une connaissance approfondie du processus de fabrication, mais aussi des propriétés des pièces fabriquées pour tendre vers une industrialisation à grande échelle. Les travaux de thèse portent sur la modélisation du processus d'élaboration en WAAM et du procédé de dépôt de fil à l'arc afin de contribuer au développement d'un jumeau numérique du système de production. La mise en œuvre d'un tel jumeau a pour objectif d'améliorer et de maîtriser la géométrie des pièces fabriquées. L'approche scientifique s'appuie sur des campagnes expérimentales afin d'observer et de caractériser le comportement géométrique des cordons déposés en fonction des paramètres du procédé. Cette analyse est par la suite menée au voisinage des points de la trajectoire de dépôt présentant des changements de direction, où l'évolution du bain liquide est influencée par la cinématique réelle de la torche, et du robot, par rapport au substrat. Enfin, l'assemblage de cordons est étudié à travers la fabrication d'entités géométriques simples afin d'établir un modèle permettant de prédire et simuler la géométrie fabriquée. Cette modélisation permet de mieux appréhender les paramètres de la trajectoire tels que la hauteur de couche et la distance de juxtaposition afin de limiter les dérives géométriques, garantir la faisabilité et éviter toute collision. L'ensemble de ces travaux contribue à l'élaboration d'un jumeau numérique du procédé WAAM dont une architecture fonctionnelle est proposée à partir de concepts issus de la littérature. Le travail de recherche s'inscrit dans le cadre de la plateforme francilienne de fabrication additive « Additive Factory Hub » impliquant des partenaires industriels et des académiques.