Présentation
RÉSUMÉ
Cet article traite de la simulation numérique de la fabrication additive qui consiste à prévoir l'évolution de la construction d’un objet 3D par dépôt de matière ou consolidation sélective. Cette simulation multiphysique décrit les transformations thermomécaniques de la matière, depuis la matière première jusqu'au matériau consolidé sur l'édifice 3D. La simulation de l’évolution continue de la géométrie de la pièce pendant sa construction met en œuvre des méthodes numériques spécifiques de suivi de la nouvelle surface libre. La simulation thermomécanique permet ensuite de déterminer l'état de contraintes résiduelles et les déformations finales de la pièce fabriquée.
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Frédéric ROGER : Institut Mines Telecom Lille-Douai, Université de Lille, - Lille, France
INTRODUCTION
La fabrication additive consiste à construire un objet à partir d’un matériau qui peut être déposé localement ou consolidé sélectivement sur le parcours géométrique de la pièce. Il s’agit donc d’amener le matériau d’un état malléable facile à mettre en œuvre vers un état consolidé pour constituer une structure rigide. Les technologies de fabrication additive sont nombreuses et peuvent être regroupées selon trois principes de construction : le dépôt de matière, la consolidation sélective et la projection de liant sur poudre qui combine les deux principes précédents. Pour réaliser ces constructions, les procédés mettent en œuvre des transferts d’énergie et de masse.
Parmi ces procédés, la technologie laser (CO 2 , YAG) est parfaitement adaptée à la consolidation sélective des matériaux. L’énergie thermique est utilisée pour transformer le matériau de base par fusion, diffusion (frittage) ou réaction chimique.
Le dépôt de matière, quant à lui, peut s'effectuer sous forme de gouttes, de filaments ou de poudre qu’il faudra porter à l’état liquide ou visqueux avant la consolidation sur l’objet.
L’objet fabriqué apparaît volumineux comparé au volume de matière consolidée à chaque instant du processus. C’est donc de l’échelle du micromètre à l’échelle du centimètre que s’enchaîne la construction de l’édifice qui, à chaque instant, se rééquilibre et se déforme.
La simulation permet de réduire le nombre d’essais nécessaires à la réalisation d’une pièce conforme au cahier des charges, mais aussi de mieux comprendre les relations entre les paramètres opératoires, les propriétés de la matière et l’état de fabrication de la pièce finale. C’est donc pour déterminer les meilleures conditions de fabrication et prévoir leurs conséquences microstructurales et mécaniques que l’industriel a tout intérêt à développer la simulation.
La simulation peut aussi aider l’industriel à optimiser la conception de son procédé de fabrication additive en étudiant les conséquences d’un choix de matériaux, d’une modification de géométrie, d’un dispositif de chauffage ou de refroidissement.
Elle permet aussi d’envisager plusieurs scénarios de construction additive des pièces sur des chemins de consolidation différents et de comparer leurs conséquences. En effet, même si le design de la pièce est figé par le bureau d’étude avant sa fabrication, les chemins de dépôts et les motifs de remplissage possibles sont quasi infinis. L’adhésion des couches déposées et donc les porosités, l’anisotropie mécanique de la pièce, les déformations et contraintes résiduelles, et finalement la durabilité de la pièce en sont des conséquences directes.
La...
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MOTS-CLÉS
simulation | modélisation | impression 3D | fabrication additive
DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Simulation de la fabrication additive
Technologies de fabrication additives
Sources bibliographiques
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