Le dépôt de fil à l’arc WAAM est un procédé de fabrication additive permettant de créer des pièces par application de fil fondu, couche par couche.
Son avantage ? Proposer des taux de dépose matière très élevés, tout en limitant la perte de matière par rapport aux procédés à base de poudre.
Issu du soudage, le WAAM est bien connu. Il nécessite cependant de développer des stratégies de fabrication adaptées aux entités à fabriquer pour garantir l’efficacité du procédé. C’est le cas notamment de la fabrication de grandes pièces en cellules robotisées, ou bien de l’ajout des fonctionnalités par rechargement.
Dans le cadre de la plateforme AFH, un projet de R&D a été lancé sur ce procédé afin d’en améliorer la maitrise, tant sur les aspects métallurgiques, productivité et trajectoire. Ce dernier point fait l’objet des travaux de thèse de François Rouchon.
L’objectif de ces travaux ? Optimiser les stratégies de fabrication en développant un jumeau numérique de la plateforme et du procédé. La démarche mise en œuvre s’articule autour de :
- La modélisation des cordons en cours de formation et de leur assemblage, en lien avec les paramètres du procédé.
- Le développement d’un modèle cinématique pour le robot et la prise en compte du comportement de la source électrique.
- La maitrise du processus à l’échelle de la pièce : définir les stratégies d’assemblage optimales avec les contraintes liées au procédé.
- Proposer des stratégies de pilotage des paramètres du procédé novatrices pour améliorer la qualité des ébauches fabriquées.
La modélisation des cordons en lien avec les paramètres procédé – la vitesse de fil d’apport et la vitesse d’avance de la torche – repose sur une approche phénoménologique.
En effet, l’étude de la sensibilité des dimensions géométriques des cordons aux paramètres du procédé s’appuie sur deux travaux : la réalisation de nombreux cordons et le développement d’un processus de mesure in-situ de leur géométrie.
L’étude permet d’obtenir les surfaces de réponse illustrées figure 1.
Figure 1 Evolution de la hauteur et de la largeur des cordons en fonction des paramètres procédé
Les diminutions de vitesse associées aux erreurs de cordes, observées lors d’un changement de direction, ont été quantifiées. Ces résultats ont permis de développer un modèle cinématique du robot qui prédit les variations de la vitesse d’avance de la torche (figure 2).
Figure 2 : Comparaison du comportement cinématique du robot simulé et mesuré
Enfin, un modèle de dépôt cumulatif de matière a été proposé. Il s’appuie à la fois sur la modélisation géométrique du bain liquide dont les dimensions sont régies par les surfaces de réponse obtenues, et sur la trajectoire de poursuite à la torche [1] (figure 3a et 3b).
Figure 3a: Modélisation d’un cordon
Figure 3b: sa projection sur une image du bain liquide
Les travaux en cours portent sur l’analyse et la modélisation de l’assemblage de cordons pour les situations d’empilement et/ou de juxtaposition. Le but étant de pouvoir développer des stratégies de pilotage des paramètres du procédé à l’échelle de la pièce.
[1] François Rouchon, Sylvain Lavernhe, Tournier Christophe, Xavier Lorang. Modélisation des dimensions géométriques de cordon aux points de changement de direction en WAAM. Conférence Manufacturing’21, Jun 2021, Angers (en ligne), France.
Contact : francois.rouchon@irt-systemx.fr
