C’est le mariage de deux technologies phares de l’industrie 4.0 : le jumeau numérique et l’impression 3D. Dans ce projet mené par l’institut de recherche technologique (IRT) SystemX avec le consortium d’industriels et de laboratoires Additive factory hub, qui entame sa dernière année, les technologies de simulation viennent en renfort des techniques de fabrication pour éviter les défauts et améliorer leur productivité.
« Nous ne travaillons pas sur les technologies de dépose de la matière, précise d’emblée Xavier Lorang, responsable fabrication additive de l’IRT. Nous travaillons sur la chaîne numérique de la fabrication additive, qui vise à avoir un modèle numérique unique pour la conception, la fabrication et même le contrôle d’une pièce. »
Bon du premier coup
Ainsi, l’IRT s’attelle depuis août 2019 à définir le jumeau numérique d’un procédé prisé pour la fabrication de pièces de grandes dimensions, dit arc-fil ou Waam (pour Wire arc additive manufacturing), basé sur la fonte d’un fil métallique couche par couche. Un projet mené avec les industriels Air Liquide, EDF, Vallourec et Safran ainsi que le Centre technique des industries mécaniques (Cetim) et l’ENS Paris-Saclay.
« L’objectif est de concevoir et mettre en œuvre un double numérique du procédé en lui-même, dans le but d’améliorer la fabrication de pièces et d’éviter les défauts », souligne Xavier Lorang. Pour cela, plusieurs paramètres entrent en compte : la trajectoire du robot, sa vitesse ou encore le débit de fil. « La simulation permet de vérifier ces paramètres et de transmettre à la machine un fichier de fabrication bon du premier coup, évitant ainsi les itérations d’essai-erreur », rappelle le responsable.
Le modèle de simulation pour parvenir à ce niveau de prédiction est complexe. Il doit prendre en compte chaque particularité du système. « Il faut appréhender le procédé comme un système multiphysique, à la fois mécanique et électrique car composé de deux sous-systèmes : le mécanisme de soudage et le robot », explique-t-il.
Manipulation de matière liquide
A cela s’ajoute une particularité supplémentaire, propre à l’impression 3D. « La fabrication additive manipule de la matière à l’état liquide, obtenue en fondant un fil solide, détaille le responsable. Il faut donc envisager le matériau dans ses états solide et liquide. »
Autant de particularités qui ajoutent à la complexité de la tâche finale. « Nous cherchons à maîtriser la topologie des cordons de métal déposés lors de la fabrication, explique Xavier Lorang. Il faut anticiper quelle sera leur géométrie, en fonction des paramètres d’impression, pour simuler la topologie de la pièce finale avant son impression. » De quoi définir, dès la conception, les propriétés précises d’une pièce imprimée. Et gagner en productivité.
