La fabrication additive métallique a révolutionné l’industrie de la production de pièces complexes. Le procédé le plus couramment utilisé est le SLM (Selective Laser Melting), qui permet de créer des pièces en utilisant un faisceau laser pour fondre et solidifier de la poudre métallique. La simulation numérique joue un rôle essentiel dans la prédiction du comportement mécanique de ces pièces.
Prédire le comportement mécanique des pièces
La simulation numérique du procédé SLM permet de comprendre l’impact des paramètres de fabrication sur les contraintes résiduelles, la déformation et la formation de défauts tels que les porosités. En modélisant la fusion et la solidification, on peut estimer l’influence de ces phénomènes sur le comportement mécanique final de la pièce. Cela permet de réduire la nécessité d’expérimentation coûteuse et chronophage.
Comprendre l’interaction des phénomènes physiques
Le procédé SLM met en jeu plusieurs disciplines physiques interconnectées. La thermique, la mécanique et la métallurgie sont étroitement liées et influencent le comportement de la poudre en fusion. La modélisation à l’échelle micro permet d’analyser l’interaction entre le laser et la matière, ainsi que la distribution des particules sur le lit de poudre. La modélisation du bain de fusion permet de caractériser sa dynamique et de comprendre les mécanismes de formation des défauts.
L’importance de la densité de la poudre
L’uniformité du lit de poudre et sa densité relative sont essentielles pour obtenir une pièce de qualité. La densité de la poudre influence la quantité d’énergie thermique absorbée lors du lasage. Des densités raisonnables, comprises entre 45% et 60%, sont nécessaires pour éviter la formation de porosités et de keyholes. La modélisation de la mise en couche, utilisant des approches telles que la méthode des éléments discrets (DEM), permet de prédire et d’optimiser la distribution de la poudre.
Comprendre la fusion et la solidification
La modélisation du bain de fusion est cruciale pour comprendre l’interaction des différentes physiques du procédé. La géométrie du bain de fusion a un impact considérable sur la microstructure de la pièce finale. Le mouvement de convection provoqué par les forts gradients de température conduit à la formation de keyholes et de porosités. La modélisation à l’échelle méso permet d’étudier la formation du cordon de fusion et d’analyser les défauts et les irrégularités.
L’échelle macro et les contraintes résiduelles
La modélisation à l’échelle macro se concentre sur les contraintes résiduelles et la déformation finale de la pièce. Elle permet de prédire les transferts thermiques macroscopiques et leurs conséquences sur la tenue et la durée de vie de la pièce. Les contraintes résiduelles résultent des gradients thermiques importants générés pendant le processus de fabrication. Ces contraintes peuvent entraîner des fissures et des délaminages si elles ne sont pas correctement gérées.
De la simulation à l’optimisation
Les modèles de simulation utilisés dans la fabrication additive métallique sont souvent basés sur la méthode des éléments finis. L’activation des éléments est une stratégie couramment utilisée pour modéliser le procédé SLM. Elle permet une description réaliste du processus, mais demande des temps de calcul plus longs. Grâce à la simulation multi-échelle, il est possible d’optimiser le procédé de fusion sur lit de poudre en comprenant l’interaction entre les différents phénomènes physiques et leurs conséquences sur les propriétés mécaniques de la pièce finale.
En conclusion, la simulation numérique joue un rôle essentiel dans la fabrication additive métallique. Elle permet de prédire et d’optimiser le comportement mécanique des pièces fabriquées par fusion sur lit de poudre. Grâce à une compréhension approfondie des phénomènes physiques et à une modélisation précise, il est possible d’améliorer la qualité des pièces tout en réduisant les coûts et les délais de fabrication.
