CFM 2019

Considération des supports de fabrication additive pour le parachèvement par usinage
Paul Didier  1@  , Gael Le Coz  1@  , Guillaume Robin  1@  , Boris Piotrowski  1@  , Paul Lohmuller  1@  , Abdelhadi Moufki  1@  , Pascal Laheurte  1@  
1 : Laboratoire dÉtude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux  (LEM3)
Arts et Métiers ParisTech, Université de Lorraine, Centre National de la Recherche Scientifique : UMR7239

L'intérêt croissant pour les procédés de fabrication additive et en particulier pour le procédé de Selective Laser Melting (SLM) a conduit au développement d'une discipline associée : le « design for additive manufacturing ». Elle offre un ensemble d'opportunités, de considérations mais aussi de contraintes. La capabilité des technologies d'impression 3D offre l'opportunité de repenser le produit pour tirer avantage des capacités des nouveaux procédés. La liberté des formes permet d'envisager des formes nouvelles et un allègement des structures obtenues. Ces topologies de pièces induisent des géométries complexes et des parois minces.

Les procédés de fabrication additive génèrent également un ensemble de contraintes. Le procédé d'obtention des fils ou des poudres est couteux et la quantité de nuance est limitée. La maitrise des procédés de fabrication permet d'atteindre des taux de porosités faibles mais les structures métallurgiques et leurs propriétés présentent de l'anisotropie. Les contraintes résiduelles liées au phénomène thermique lors du dépôt de matière et son refroidissement génèrent un ensemble de défauts géométriques. Au-delà du rôle nécessaire des supports de fabrication, leur rôle peut limiter les déformations par un renforcement de la structure globale mais aussi en influant la répartition de la chaleur au cours de la fabrication.

Après fabrication additive, des opérations de finition des pièces sont nécessaires. Certaines surfaces doivent répondre à des qualités dimensionnelles de pièces industrielles, et une finition par usinage s'impose. Cette démarche est d'ores et déjà adoptée par les constructeurs de machines avec des propositions d'hybridation pour des dépôts métalliques, où dépôt et usinage par enlèvement de matière sont programmés dans une même enceinte. Dans le cadre des technologies sur lit de poudre, l'hybridation est plus complexe et il sera envisagé une démarche de complémentarité entre plusieurs machines, par des systèmes de repositionnement micrométriques des plateaux.

En vue de l'opération de post traitement par usinage, il est possible de considérer les supports de fabrication non plus comme une contrainte mais comme une opportunité, en jouant le rôle de montage d'usinage. Les supports de fabrication sont conservés en vue de réaliser des reprises par usinage sur des surfaces spécifiques. La première considération porte sur positionnement et l'orientation de l'objet imprimé afin de rendre accessible à l'outil de coupe les surfaces reprises. La seconde considération porte sur la géométrie des surfaces et sur la faible rigidité des structures fabriquées, incluant pièce et supports. Ces conditions sont défavorables pour l'usinage et peuvent engendrer une déflection de la paroi et des phénomènes vibratoires peuvent apparaitre. Ils génèrent des déviations dimensionnelles et géométriques et un pauvre état de surface. Il est alors nécessaire de comprendre le phénomène vibratoire pour le contrôler et le limiter [18].

Si la pièce imprimée n'est que peu modifiable de par la fonction au quelle elle a été conçu, les supports sont modulables et peuvent être utilisés pour modifier les propriétés de l'ensemble pièce et supports. Cependant, aujourd'hui dans la chaîne numérique de mise en plateau liée à la technologie SLM, le choix des supports ne permet pas un contrôle total de sa rigidité équivalente. L'objet de ce travail est d'étudier l'influence des supports de fabrication SLM sur la qualité des surfaces parachevées. Une étude expérimentale est réalisée. Différentes structures de support sont comparées, de rigidités différentes et contrôlées. Les signaux d'efforts de coupe et de déplacements de la plaque par vibromètre laser sont analysés puis corrélés à l'état de surface final de la pièce caractérisé par microscopie confocale.


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