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Integrated numerical modelling of laser additive processes

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La modélisation du processus améliore la fabrication

La fabrication additive par laser consiste à fabriquer couche par couche des formes complexes. La création d'un modèle complet du processus, en utilisant des ordinateurs de bureau, améliorera sa fiabilité et lui ouvrira de nouveaux marchés.

Économie numérique

La fabrication additive élimine les moules et les matrices, réduisant le gaspillage de matière lors d'un post-traitement ainsi que les délais et les coûts associés. Le dépôt direct de plusieurs couches métalliques par laser (MLLDMD) est une technique de fabrication additive de composants métalliques, qui permet aussi d'ajouter des couches à une pièce déjà faite. Malgré son important potentiel, la fabrication additive reste difficilement prévisible, conduisant à des produits avec des défauts internes, un stress résiduel élevé et un fini de basse qualité. Ceci limite son utilisation dans des secteurs comme l'aérospatiale, qui applique des tolérances très étroites et des procédures de certification très strictes. Les chercheurs espèrent surmonter ces contraintes et développer les utilisations grâce à un nouveau modèle complet du processus, réalisé sur un ordinateur de bureau dans le cadre du projet INLADE («Integrated numerical modelling of laser additive processes»). Le processus MLLDMD projette de la poudre à travers une buse, à la surface d'un bac, où la couche de surface est fondue par un laser pour prendre la forme du composant. C'est un processus très complexe impliquant plusieurs changements de phase: poudre, état fondu puis solidification, avec divers flux de chaleur et de masse. Le projet INLADE a généré sur un ordinateur de bureau le premier modèle publié et complet, couvrant tout le processus depuis l'intérieur de la buse jusqu'au dépôt final. Les chercheurs ont parfaitement intégré plusieurs sous-programmes en FORTRAN décrivant chaque processus. Les expériences sur des pièces en acier ont vérifié le comportement du modèle.Il peut simuler avec exactitude la forme des pièces à l'aide des paramètres initiaux, en calculant les contraintes résiduelles et la répartition des phases. Les chercheurs ont optimisé l'utilisation des ressources de calcul et le traitement en parallèle, afin de mettre le système à la portée d'un ordinateur de bureau. Les ateliers et les conférences organisés dans les entreprises et les universités devraient garantir que d'autres innovations ne devraient pas tarder, ainsi que la commercialisation. Avec le puissant outil de modélisation mis au point par INLADE, les constructeurs pourront fournir au secteur aérospatial des pièces de meilleure qualité, avec fiabilité. L'ouverture de nouveaux marchés pour la fabrication additive par laser renforcera la compétitivité du secteur de la fabrication, qui est un important pilier de l'économie de l'UE.

Mots‑clés

Fabrication additive, laser, poudre, buse, ordinateur de bureau, modèle

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