vision academique pour la fabrication additive´ activites...

Vision academique pour la fabrication additiveActivites et perspectives a l’EPFL

Eric Boillat1

1Laboratoire de Gestion et Procedes de ProductionInstitut de Genie Mecanique

Paris, 8 avril 2015

Paris, Academie des technologies, 8 avril 2015 Vision academique

Presentation Defis Projets

Contenu

1 Presentation du LGPP et equipements disponibles

2 Defis scientifiques pour les procedes additifs

3 Projets de recherche courants

Competences specifiques du LGPP

Gestion de production :• Gestion des chaınes logistiques

• Entreprise virtuelle

• Planification de la production

• Integration des aspects humains

• Modelisation et simulation

• Outils d’aide a la decision

Procedes de production :• Procedes de fabrication traditionnels (ablatifs, replicatifs)

• Procedes de fabrication additifs

• Fusion/frittage selectif par laser

- Modelisation et simulation des procedes de production- Outillage rapide- Fabrication rapide- Optimisation thermique d’outils

Competences specifiques du LGPP

Gestion de production :• Gestion des chaınes logistiques

• Entreprise virtuelle

• Planification de la production

• Integration des aspects humains

• Modelisation et simulation

• Outils d’aide a la decision

Procedes de production :• Procedes de fabrication traditionnels (ablatifs, replicatifs)

• Procedes de fabrication additifs

• Fusion/frittage selectif par laser

- Modelisation et simulation des procedes de production- Outillage rapide- Fabrication rapide- Optimisation thermique d’outils

Activites liees aux procedes additifs

Equipements SLS disponibles au LGPP

EOSINT M250 Machine experimentale

•laser CO2 • laser Nd :YAG pulse ou Ytterbium-fiber CW

- • atmosphere controllee

• poudre bronze • Ti, Ni, Au, Ag, 316L, H13,. . .

• couches de 50µm • couches jusau’a 20µm

Principaux defits pour SLS-SLM(-EBM-DMD)

Liste des problemes ouverts et des directions de recherche associees

Defis Projets courants Benefices pour le procede

(a) Maıtrise de nouveaux materiaux

Composite a matrice metallique optimisation des piecesCombinaison de materiaux nouvelles applications

(b) Amelioration de la qualite des pieces

Diminution des contraintes thermiques red. des travaux de finitionAmelioration precision/qualite de surface red. des couts, des dechets

Augmentation de la productivite accrue nouvelles applications

(c) Developpement de techniques de controle

Controle de la poudre et de sa deposition fiabiliteControle de la consolidation de la poudre certification des pieces

Strategie de retroactions

Nouveaux materiaux

Fenetre operationnelle :

Param. operat.puissance laser P0, vitesse de balayage v

rayon du faisceau ω, temp. de prechauffage Tpr−heat

Carac. materiauxtemp. de fusion Tmelt, absorption e-m A

conductivite therm. k, diffusivite therm. η

vω2η

)> 2√π(Tmelt − Tpr−heat)

vitesse de balayage v, mm/s

0 600 1200 1800 2400 30000

Nouveaux materiaux

vω2η

0 600 1200 1800 2400 30000

Nouveaux materiaux

vω2η

0 600 1200 1800 2400 30000

Nouveaux materiaux

vω2η

0 600 1200 1800 2400 30000

Nouveaux materiaux

vω2η

0 600 1200 1800 2400 30000

Plaser

Nouveaux materiaux

vω2η

0 600 1200 1800 2400 30000

Plaser

Nouveaux materiaux et controle des poudres

Developpement de differents instruments de diagnostic des poudres

Mesures d’absorptivite Mesures de conductivite

• couplage laser-matiere • dynamique de la diffusion d’energie

Nouveaux materiaux et optimisation des pieces

Parametresoperationnels

puissance laser P0, vitesse de balayage v

Caracteristiques dumateriaux

temp. de fusion Tmelt, absorption e-m A

vω2η

Cette formule :(i) ne tient pas compte des phenomenes radiatifs et diffractifs dans la poudre,

(ii) ne tient pas compte d’effets non-lineaires comme par exemple· les transitions de phase solide-liquide,· le deplacement du liquide sous l’effet des forces capillaires,· l’augmentation de la conductivite thermique.

Nouveaux materiaux et optimisation des pieces

Parametresoperationnels

puissance laser P0, vitesse de balayage v

Caracteristiques dumateriaux

temp. de fusion Tmelt, absorption e-m A

vω2η

Cette formule :(i) ne tient pas compte des phenomenes radiatifs et diffractifs dans la poudre,

(ii) ne tient pas compte d’effets non-lineaires comme par exemple· les transitions de phase solide-liquide,· le deplacement du liquide sous l’effet des forces capillaires,· l’augmentation de la conductivite thermique.

Optimisation des pieces

Developpement d’un modele elements finis :

Entree Sortie

• strat. de balayage, param. laser • champ de temperature/geometrie de la piece• proprietes therm. de la poudre • contraintes thermiques/deformations• proprietes meca. de la poudre • microstructures

MEF : predictions des microstructures et des contraintes residuelles :

Agir sur les parametres operationnels pour piloter la microstrcuture :• Collaboration avec le LMTM (prof. R.Loge)

Param. operationnels puissance laser P0, vitesse de balayage vrayon du faisceau ω, temp. de prechauffage Tpr−heat

Prop. mecaniques

as from [1]

Controle en ligne du procede

Developpement d’un dipositif de vision en temps reel

galva.

miroir dichroique separateur de faisceau

emission IR depuis le lit

photodiode

obj, filtres

tension photodiode

bain liquide

+objectif+filtres

lit de pdre

Controle en ligne du procede

Developpement d’un dipositif de vision en temps reel

• Controle du procede, certification des pieces

• Controle avec retroaction sur la puissance ou la vitesse de balayage

Controle du procede (piece et lit de poudre)

Methodes de detection basees sur les courants de Foucault

References

Pan Ma, Konda G Prashanth, Sergio Scudino, Yandong Jia, Hongwei Wang,Chunming Zou, Zunjie Wei, and Jurgen Eckert.Influence of annealing on mechanical properties of al-20si processed by selectivelaser melting.Metals, 4(1) :28–36, 2014.

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Documents