Soutenance de thèse de Lucas Ravix

Le procédé de fabrication additive par arc-fil WAAM permet de construire des pièces de géométries complexes ou de rajouter des fonctionnalités sur des éléments déjà existants, en déposant la matière par cordons successifs à l'aide d'une torche de soudage. Le débit de matière important, le prix de la matière première accessible et son utilisation avec des robots anthropomorphes dans des espaces quasi-illimités en font un complément industriel pertinent par rapport aux procédés lit de poudre (LPBF) déjà industriellement viables. Cependant, son essor est encore limité, dû aux physiques et phénomènes nombreux qui le décrivent, ces derniers étant hautement dépendants des paramètres procédés. Plus précisément, les écoulements dans le bain de métal fondu à la suite du transfert de matière et chaleur ont un impact direct sur l'adhésion à la couche précédente et à sa solidification. Ceci qui conduit à des morphologies spécifiques et à une microstructure orientée dans le sens de la construction, toutes dépendantes de l'histoire thermo-mécanique de la pièce complète, du fait de l'accumulation de chaleur. Ces interactions couplées multi-échelles, inaccessibles à un modèle numérique unique, orientent alors le développement de deux modèles multi-physiques dans le cadre de ces travaux de recherche, qui reposent sur des travaux antérieurs en soudage et dans le LPBF. Le premier modèle, dit mésoscopique et à l'échelle du cordon, décrit le cycle complexe du procédé CMT dans une approche level set. Sans considérer l'électromagnétisme, un modèle de contact et d'asservissement du dévidage est développé pour reproduire la forme des dépôts. Le procédé, stabilisé par l'électrode en contact avec le bain, semble alors régi au premier ordre par la tension tension de surface, la forme du dépot précédent et sa température. Le second modèle, dit macroscopique, décrit les cycles thermo-mécaniques d'une pièce aux dimensions industrielles pour des temps de plusieurs heures. Sa rapidité, dans une approche extit{quiet element}, repose sur une discrétisation extrême du transfert de matière et chaleur à l'aide de segments de matière, adapté pour utiliser directement des CAO complexes de pièces. La résolution mécanique, associée à un modèle de débridage, permet d'observer les déformations résiduelles. Au final, les modèles méso et macro sont confrontés à de nombreuses ressources expérimentales et montrent une bonne cohérence dans les échelles qui leur sont propres. Le projet propose alors un socle à de futurs projets pour des couplages multi-échelles, où la modélisation numérique pourrait représenter le comportement de la matière, de la rugosité intercordons régie par les écoulements aux contraintes résiduelles dans une pièce de grandes dimensions.

 

 

Mots-clés : Fabrication additive, Eléments Finis, Procédé dépôt-fil WAAM, Cycle CMT, Résolution hydro-thermo-mécanique, Couplage Multi-échelles