Simulation thermo-mécanique du procédé de fabrication additive par dépôt-fil WAAM

Un modèle thermo-mécanique mésoscopique du procédé de fabrication additive WAAM est implémenté à l'aide du code éléments finis Code_Aster développé par EDF. Les simulations sont réalisées pour différentes géométries et avec différentes stratégies de dépôt. L'implémentation du modèle nécessite la détermination de paramètres d'entrée qui ne peuvent pas être mesurés ou caractérisés directement, tels que les paramètres de la source thermique. Afin de calibrer le modèle mis en place, des essais expérimentaux sont réalisés et instrumentés en utilisant différents équipements: thermocouples, imagerie thermique et scan 3D. Pour calibrer le modèle thermique sur les données expérimentales, une méthodologie de calibration des paramètres par résolution d’un problème inverse bayésien basée sur une approche de métamodèle est mise en place. Les résultats numériques sont ensuite validés par comparaison à des données expérimentales sur plusieurs cas d’étude. Une bonne correspondance entre les résultats numériques et les résultats expérimentaux a été établie. Après la validation des modèles, différentes approches macroscopiques sont explorées pour réduire le temps de calcul pour la simulation de grands composants. Ce travail s’inscrit dans le cadre du consortium de fabrication additive francilien "Additive Factory Hub" (AFH) impliquant des industriels et laboratoires académiques.The proposed research work consists in setting up, calibrating and validating a model to simulate the WAAM process, aiming to predict residual stresses and distortions on 316 stainless steel industrial parts. A mesoscopic thermo-mechanical model is implemented using the finite element code Code_Aster. Simulations are carried out for various geometries and deposition strategies. The model requires the determination of input parameters, such as the parameters of the heat source, that can not be directly measured or characterized. In order to calibrate the model, instrumented experimental tests are conducted, using thermocouples, thermal imaging and 3D scan. A bayesian calibration based on a surrogate model approach is performed in order to fit the parameters of the thermal model. The finite element results are then compared to multiple test cases experimental data, and showed good agreement. Finally, different approaches are considered to reduce the calculation time for the simulation of large components. This work is part of the additive manufacturing platform “Additive Factory Hub” (AFH) involving French manufacturers and academics