Au-delà d'un simple outil de validation de modèles analytiques ou de confirmation de mesures expérimentales, la simulation numérique est devenue indispensable dans la compréhension des phénomènes physiques des procédés pour lesquels la caractérisation et l'instrumentation expérimentale est difficile à effectuer. C'est le cas notamment des procédés de fabrication additive métallique où les plages de températures sont très élevées (pouvant aller jusqu'à 2000°C) et souvent comportant des problèmes de compatibilités électromagnétiques importantes limitant d'autant les instruments utilisables.

Le procédé EBM (Electron Beam Melting) fait partie des procédés de fabrication additive métallique, où l'énergie thermique apportée par un faisceau d'électrons fait fondre des zones spécifiques dans un lit de poudre suivant des couches de faible épaisseur jusqu'à l'obtention de la géométrie désirée. Les pièces fabriquées peuvent présenter des défauts de différentes natures à savoir des défauts géométriques, dimensionnels ou d'état de surface, des problèmes de santé de matière, etc. Dans notre cas, seuls les défauts géométriques et dimensionnels d'origine thermique nous intéressent et plus précisément les défauts appelés : perte de bords, variation d'épaisseur et Warping survenant dans le cas de pièces avec des géométries en surplomb. La perte de bord et la perte d'épaisseur peuvent être définies respectivement comme une perte de matière suivant les bords et l'épaisseur des pièces possédant des volumes en surplomb. Le Warping consiste en un relèvement/décollement du volume en surplomb dans le cas d'absence ou d'insuffisance de supports de fabrication. L'anticipation de ces défauts ne peut être possible qu'à partir d'une bonne compréhension et modélisation des différents phénomènes physiques et thermomécaniques qui interviennent lors de la fabrication.

Pour étudier ces défauts et les paramètres de fabrication suivant lesquels ils apparaissent, plusieurs lots de pièces avec des volumes en surplomb ont été fabriqués en faisant varier les deux paramètres : séquençage des pièces dans la machine et orientation sur le plateau. Des mesures réalisées avec différents moyens (MMT, Rugosimètre 3D et scanner 3D optique) font apparaître les trois types de défauts cités précédemment. La perte de bords est un défaut constaté sur l'ensemble des pièces fabriquées. La perte d'épaisseur et le warping sont constatés sur quelques pièces avec des configurations bien spécifiques. Ainsi, le présent travail a pour but d'étudier l'apparition des défauts géométriques à travers la mise en place d'un modèle éléments finis réalisé à l'échelle de la pièce. Les résultats de la simulation seront comparés aux mesures des défauts géométriques relevés sur les pièces fabriqués et serviront de validation.

Pour cela, un modèle thermique puis mécanique est mis en place dans lesquelles la fabrication d'un mur parallélépipédique de Ti6Al4V par EBM est simulé. A partir de cette simulation, les gradients de températures sont estimés au sein du mur et les déformations d'origine thermique obtenues correspondent aux défauts géométriques constatés sur les pièces fabriquées.

L'inconvénient majeur des simulations numériques proposées dans la littérature est le temps de simulation puisqu'il est nécessaire d'étudier à différentes échelles les phénomènes en jeu (du bain de fusion jusqu'à l'échelle de la pièce). Afin de palier à ces problèmes de durée de simulation, il est proposé d'exploiter la répétition de dépôts successif de couche et imposant des zones complètes de pièces avec des gradients thermiques (résultant du comportement des couches précédentes). À partir de cette stratégie, il est possible de constater des gains importants sur les durées de calcul tout en conservant une bonne précision concernant les déviations géométriques.