WAAM robotisé pour les pièces métalliques certifiées à grande échelle
Un ensemble de poutrelles métalliques optimisées a été imprimé en 3D à l'aide d'un système robotisé de fabrication additive à l'arc électrique (WAAM) basé sur un cadre de fabrication additive de bout en bout élaboré par le consortium INTEGRADDE. Le flux de travail initié par l'optimisation incorpore la conception détaillée et les étapes de vérification par éléments finis réalisées avant la fabrication additive avec la fabrication additive robotisée par arc électrique (WAAM).
Cette approche d'ingénierie axée sur le produit combine les résultats des essais, la simulation numérique et les paramètres du processus pour optimiser la conception des pièces et le processus de configuration. Cette approche de l'impression 3D robotisée de pièces métalliques à grande échelle offre une perspective intelligente et innovante pour l'avenir de l'industrie de l'architecture, de l'ingénierie et de la construction (AEC).
En collaboration avec les partenaires d'INTEGRADDE, MX3D a mis au point une stratégie de production innovante qui prévoit un contrôle continu et intégral du processus WAAM, de la conception du produit à la vérification finale, une assurance qualité en ligne pour la fabrication de pièces métalliques certifiées, ainsi qu'une approche de la fabrication de masse personnalisée.
INTEGRADDE est l'un des projets les plus importants et les plus complets financés par l'UE sur la mise en œuvre industrielle des technologies d'élimination directe de l'énergie (DED). INTEGRADDE vise l'application réelle de la fabrication additive dans l'environnement industriel européen en impliquant 26 partenaires de 11 pays européens.
L'objectif d'INTEGRADDE est de développer une nouvelle solution de bout en bout et un cadre pour la fabrication additive de structures optimisées, ouvrant la voie à la certification et à la cohérence de la fabrication additive robotisée à l'arc électrique (WAAM) et du dépôt de métal par laser (LMD) à grande échelle dans les secteurs stratégiques de la métallurgie.
En collaboration avec les partenaires d'INTEGRADDE, MX3D a mis au point une stratégie de production innovante qui prévoit un contrôle continu et intégral du processus WAAM, de la conception du produit à la vérification finale, une assurance qualité en ligne pour la fabrication de pièces métalliques certifiées, ainsi qu'une approche de la fabrication de masse personnalisée.
La poutrelle sur mesure, optimisée et imprimée en WAAM offre une perspective intelligente et innovante pour l'avenir de l'industrie de l'architecture, de l'ingénierie et de la construction (AEC) grâce à une combinaison de plusieurs avantages liés au WAAM : (a) fabrication intelligente en réduisant les coûts d'exploitation et les délais de mise sur le marché, (b) conception complexe, personnalisée et flexible sans augmenter les coûts de fabrication, (c) réduction de l'impact environnemental en diminuant considérablement l'utilisation de matériaux et les déchets, et (d) réduction du temps et des coûts d'assemblage. Grâce à ces avantages, la poutrelle INTEGRADDE présente une conception optimisée de pointe qui permet la reconfiguration, les projets à grande échelle et des performances matérielles adéquates.
MX3D (impression 3D robotisée de métaux), en collaboration avec ses partenaires - Imperial College London (validation des matériaux et de la conception) et LimitState Ltd (optimisation de la conception) - a mené des recherches approfondies sur l'acier au carbone faiblement allié imprimé par WAAM pour les éléments structurels à forte charge, avec 500 kg de spécimen pour divers essais destructifs, 1 To de données de processus enregistrées, 3 DPS (spécifications de procédure de dépôt) certifiées et des modèles prédictifs d'intelligence artificielle, pour la validation du processus en ligne et hors ligne. L'efficacité structurelle de chaque structure optimisée (mesurée par le rapport capacité/masse) s'est avérée au moins deux fois supérieure à celle de la conception de référence correspondante.
Un ensemble de poutrelles optimisées avec une approche d'ingénierie axée sur le produit combine les résultats des essais, la simulation numérique et les paramètres du processus pour optimiser la conception des pièces et le processus de configuration. Dans la ligne pilote mise en place par MX3D, la méthodologie INTEGRADDE est appliquée pour générer une famille de différents éléments structurels en guise de démonstrateur.
Conformément aux directives de conception recommandées par l'AEC, la conception des fermes a été réalisée en collaboration avec l'Imperial College London, l'Université de Sheffield et LimitState. Le processus d'optimisation de la CAO a tiré parti du processus d'optimisation de la disposition offert par le plug-in Peregrine de LimitState. MX3D a achevé la planification et le processus de fabrication numérique par le biais du logiciel et du système de contrôle MetalXL de la société et a fabriqué la poutrelle de 2,5 mètres en acier au carbone faiblement allié. La possibilité de traiter chaque caractéristique comme une entité individuelle est essentielle pour établir la séquence d'impression la plus correcte et la plus efficace ou des attributs d'impression spécifiques. En outre, MetalXL comprend un contrôle en temps réel et une surveillance continue par un système complexe de capteurs pour aider l'opérateur avec un retour d'information en temps réel, un enregistrement de données à haute résolution et des informations avancées sur le processus d'impression pour la qualité en ligne et l'analyse post-production. Ces enregistrements de données et les informations avancées fournies par le MetalXL sont des éléments clés pour obtenir la certification de la poutrelle optimisée et imprimée selon le procédé WAAM par le Bureau Veritas, membre du consortium.
Malgré les visions de bâtiments entièrement imprimés en 3D, le WAAM ne remplacera pas les méthodes de construction traditionnelles - du moins pas à court terme. Cependant, le WAAM offre des opportunités significatives en tant que complément aux outils traditionnels. En outre, le WAAM présente plusieurs avantages importants tels que la fabrication intelligente, la flexibilité accrue de la conception et la réduction des déchets de matériaux pour l'adoption plus large de l'impression 3D de métal dans l'industrie de la construction pour les composants à grande échelle tels que les fermes personnalisées et optimisées, comme cela a été fièrement présenté dans le démonstrateur INTEGRADDE.
Sur la base d'une vaste expérience, d'une recherche avancée et des exigences des clients, MX3D a récemment lancé une solution clé en main, le système M1 Metal AM. Le système robotique WAAM fonctionne avec le logiciel propriétaire MetalXL de l'entreprise et est livré avec le système de contrôle MetalXL qui surveille et enregistre tous les paramètres de construction pertinents à l'aide de capteurs de tension, d'ampérage, de gaz et de température. Le système est doté de routines d'étalonnage automatisées afin de minimiser les temps d'arrêt pendant la production en continu. Le système M1 Metal AM constitue une solution complète et rentable permettant aux secteurs de l'architecture, de l'ingénierie et de la construction d'imprimer en 3D des pièces métalliques industrielles de taille moyenne à grande en interne.
Article de recherche complet : https://ieeexplore.ieee.org/document/9635782."An end-to-end framework for the additive manufacture of optimized tubular structures", par Jun Ye (Imperial College London + Zhejiang University), Pinelopi Kyvelou (Imperial College London), Filippo Gilardi (MX3D), Hongjia Lu (University of Sheffield), Matthew Gilbert (University of Sheffield) et Leroy Gardner (Imperial College London)
Integradde :https://www.integraddeproject.eu/
Ce projet a été financé par le programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de la convention de subvention n° 820776. La diffusion des résultats dans le présent document reflète uniquement le point de vue de l'auteur et la Commission n'est pas responsable de l'utilisation qui pourrait être faite des informations qu'il contient.
