Génie mécanique
publicité
SECTION DE Génie mécanique Laboratoire de Gestion et Procédés de Production! MISE AU POINT DʼUN SYSTÈME DE VISION POUR LE CONTRÔLE EN LIGNE DU BAIN LIQUIDE DANS LES PROCESSUS DE FUSION ET DE FRITTAGE SÉLECTIFS PAR LASER! ! PROJET DE MASTER – DYLAN FIVAT! Conception du dispositif optique! Les procédés de frittage sélectif par laser (SLS) et de fusion sélective par laser (SLM) sont deux méthodes de fabrications additives avec pour matériau de base une poudre, permettant la réalisation de pièces complexes couches par couches. ! Le procédé de fabrication est détaillé schématiquement à la Figure 1. Il est composé dʼun laser qui vient balayer la surface de la pièce en construction et ainsi réaliser le frittage sélectif de la poudre. La trajectoire du laser est pilotée par un couple de miroirs galvanométriques qui sont orientables selon deux axes de révolution. La poudre est transférée du réservoir vers la station de fabrication par lʼintermédiaire dʼun racleur. En fin de construction, la poudre non-frittée peut être recyclée. ! Le schéma de principe du dispositif de vision, mis au point expérimentalement, est présenté à la Figure 2. Le trajet optique est constitué dʼun miroir dichroïque qui réfléchit le rayonnement laser et transmet le rayonnement proche infrarouge provenant du bain de fusion. Un système de filtres permet un fenêtrage spectral et protège des rayonnements laser réfléchis. Une caméra haute fréquence sensible dans le spectre proche infrarouge, équipée dʼun objectif, permet lʼobservation coaxiale de la zone chauffée. Lʼinformation est ensuite traitée et permet de déterminer la surface, la forme et la taille des isothermes. ! Miroirs galvanométriques Laser Nd:YAG Lentille F-­‐θ Filtres Laser Nd:YAG Description des procédés SLS et SLM! Faisceau laser Rayonnement infrarouge Miroirs galvanométriques Objet en fabrication Racleur de poudre Poudre non frittée Substrat Caméra CMOS et objectif Z Miroir dichroïque Lentille F-­‐θ Substrat / poudre X Réservoir de poudre Station de fabrication Figure 2 : Schéma du dispositif de vision coaxial! Figure 1 : Schéma du procédé de fabrication! Motivations et objectifs du projet! Lʼobjectif général de ce travail est dʼéquiper une plateforme expérimentale de frittage laser avec un dispositif optique permettant lʼobservation coaxiale du procédé. Ce dispositif de vision doit avoir des performances (résolution, fréquence dʼacquisition) suffisantes pour permettre de mettre en évidence les conditions défavorables de construction et dʼidentifier les paramètres intrinsèques au procédé. Les systèmes de vision sont largement développés pour les procédés de soudure et de découpe laser. En fonction de lʼapplication, ils permettent lʼobservation, le contrôle ou la commande du procédé. Dʼune manière générale, les enjeux dʼun système de vision sont principalement dʼaugmenter la productivité ainsi que la qualité des pièces. Mises à part ces améliorations avantageuses pour lʼindustrialisation, la vision est profitable dans les domaines de la recherche et du développement. En effet, les informations issues dʼun système de vision permettent notamment la comparaison des observations avec des simulations numériques et sont également utiles lors de la mise au point des conditions opératoires. ! Résultat de lʼobservation coaxiale du procédé! La Figure 3 présente les images acquises avec le dispositif optique lors de la fusion sélective laser dʼun acier. Les résultats sont présentés pour les différentes vitesses de construction. Il est possible dʼobserver qualitativement la décroissance de la surface du bain avec lʼaugmentation de la vitesse. Quantitativement, il est possible dʼidentifier le procédé à un problème de conduction de la chaleur. Selon ce modèle analytique, la taille du bain décroît selon une loi de puissance avec lʼaugmentation de la vitesse de scan. Cette tendance générale est observée expérimentalement. ! Figure 3 : Observation coaxiale lors du procédé SLM avec un acier ! Conclusion et perspectives! En résumé, ce projet a permis la conception, la réalisation et la calibration dʼun dispositif expérimental de vision pour les procédés SLS et SLM. Ce dispositif permet lʼidentification des paramètres intrinsèques au procédé, comme la taille et la forme des isothermes, ou les constantes de temps des régimes transitoires. Ce dernier permet également de détecter les conditions de fonctionnement défavorables menant à la création de défauts. Un système de contrôle automatisé peut être mis en place pour assurer un contrôle en continu. De plus, le dispositif optique se révèle être une aide précieuse pour le réglage des paramètres opératoires et pour régler la synchronisation entre les miroirs galvanométriques et le laser. Ces améliorations présentent des avantages technologiques et économiques pour ce procédé de fabrication. ! Auteur :! Remerciements : ! Dylan Fivat! Dr. Eric Boillat! Dr. Andreas Burn! Marc Matthey ! Superviseur :! Dr. Eric Boillat! !
