Amélioration de l'état de surface de pièces obtenues en fabrication directe par projection laser à l'aide d'un modèle numérique thermohydraulique 2D

Abstract

La Fabrication Directe par Projection Laser (FDPL) est un procédé novateur issu du prototypage rapide et du rechargement laser. Cette technologie permet de fabriquer des pièces 3D pleinement densifiées par injection de poudre métallique dans un bain de métal en fusion obtenu au moyen d'une source laser mobile. La géométrie finale est obtenue par superposition des couches. Une des limites actuelles de ce procédé est l'état de surface finale, jugé insuffisant par rapport aux procédés classiques d'usinage et de moulage. Ce travail s'appuie sur la modélisation numérique pour, d'une part, mettre en évidence le lien entre les paramétres opératoires et l'état de surface final, et d'autre part, apporter une solution en vue d'améliorer la qualité des pièces obtenues en FDPL. Les équations de conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement et de la masse sont résolues dans un repère 2D transverse.La présence de la surface libre et l'apport de matière lié au jet de poudre sont gérés à l'aide d'un maillage mobile (utilisant la méthode ALE) pour prendre en compte la déformation de l'interface. Ce modèle permet ainsi de prédire les ondulations périodiques induites par la superposition des couches. Les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales obtenues par caméra rapide et par profilométrie. Une étude paramétrée est menée pour montrer comment améliorer l'état de surface en fonction de la puissance laser, de la vitesse d'avance et du débit de matière. L'étude est réalisée avec un alliage de titane Ti-6A1-4V, largement utilisé dans les domaines aéronautique et biomédicale.