État de l’art de la fabrication additive métallique avec du fil
Cet article est un état de l’art de la fabrication additive utilisant un produit d’apport sous forme de fil. Les différentes technologies, leurs caractéristiques et les principaux paramètres de fabrication sont détaillés. Pour chaque technologie, des exemples d’applications sont donnés. Les stratégies de dépôt et de fabrication sont abordées. Un choix judicieux de ces stratégies est nécessaire pour obtenir la géométrie de pièce souhaitée et des propriétés mécaniques adéquates. Les contraintes résiduelles et les déformations engendrées en cours de fabrication sont un inconvénient majeur de la fabrication additive. Des logiciels de simulation numérique permettraient de les anticiper, mais il s’agit d’un véritable verrou technologique car aucun outil n’est aujourd’hui capable de simuler les contraintes générées par le dépôt de milliers de passes.
Figure 1 : Principe de la fabrication additive. [2]
Figure 2 : Illustrations issue d'un brevet de R. BAKER. [7]
Figure 3 : Termes utilisés en fabrication additive avec apport de fil.
Figure 4 : Illustration des paramètres d'amenée de fil : à gauche sont représentés l’angle d’amenée de fil (feeding angle) et la position du point d’impact – à droite sont représentées les principales directions d’amenée de fil [9].
Figure 5 : Différents transferts de métal entre le fil et le bain de fusion : transfert par formation de grosses gouttes en bout de fil (1 à 5), transfert stable et continu (6 à 10), transfert instable provoquant un cordon irrégulier (11 à 15). [9]
Figure 6 : illustration de la géométrie d’un dépôt.
Tableau 1 : Influence des paramètres du procédé sur la géométrie des dépôts [8]
Figure 7 : Représentation en 3D de la tête COAXwire [20]
Figure 8 : Exemple de rajout de fonctionnalités avec le procédé laser-fil. [9]
Figure 9 : CAO et photographies de pièces de qualification réalisées par Sciaky [28].
Tableau 2 : Effet des paramètres opératoires sur le dépôt
Figure 10 : Exemples d’applications : fabrication de pièces par EBFFF [28]
Figure 11 : Réservoirs pour le secteur spatial réalisés par Sciaky [28]
Figure 12 : Réalisation d’un disque sur un arbre en 42 CrMo 4 avec un fil G2Si de diamètre 0,8 mm. [23]
Tableau 3 : Liste des groupes de recherche travaillant sur les technologies WAAM (issu de [6])
Figure 13 : Structure raidie en alliage de titane pour le secteur aéronautique, réduction de coût de fabrication estimé à 69% [39].
Figure 14 : Pièce en alliage de titane réalisée pour le compte de GKN.[39]
Figure 15 : Pièce en alliage de titane réalisée pour Fokker, réduction de coût de fabrication estimé à 50 % [39].
Figure 16 : Pièce de structure d’un Boeing 787 en alliage de titane [38].
Figure 17 : Fabrication bi matériau acier-alliage de cuivre [40].
Figure 18 : Ossature d’aile réalisée en alliage d’aluminium avec le procédé MIG CMT, réduction du coût de fabrication estimé entre 58 et 65% [40].
Figure 19 : Première hélice présentée par le RAMLAB [41].
Figure 20 : Prototype d’hélice en alliage Cu-Al-Ni nommée « WAAMpeller » [42].
Figure 21 : Installation hybride (fraisage et dépôt de matière): vue de face à gauche et vue de coté à droite [43].
Figure 22 : Moule d’injection avec canaux de refroidissement (CAO, pièce en fin de dépôt, pièce finale) [43].
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