La surveillance acoustique pour détecter la porosité dans la fusion laser sur lit de poudre pourrait être viable.
Dans un article récent, nous avons appris qu’il était possible d’identifier les défauts dans une machine de fusion laser sur lit de poudre à l’aide du logiciel Materialise Quality & Process Control (QPC) Layer Analysis, une solution logicielle qui utilise l’intelligence artificielle pour inspecter méticuleusement les couches capturées par les caméras des imprimantes 3D.
Alors que nous continuons à explorer de nouvelles solutions qui pourraient nous aider à réaliser ce processus laborieux, une autre approche de l’identification des défauts nécessiterait d’écouter ce qui se passe dans l’imprimante 3D LPBF (LPBF = Laser powder bed fusion).
Pour rappel, les méthodes de surveillance traditionnelles comprennent l’imagerie thermique et les algorithmes d’apprentissage automatique, qui peuvent conduire à des interprétations différentes ou à une fabrication de précision insaisissable.
Selon une équipe de recherche du Laboratoire de métallurgie thermomécanique (LMTM) de la Faculté d’ingénierie de l’EPFL, il serait possible de détecter les défauts en temps réel en se basant sur les différences entre le son émis par l’imprimante lors d’une impression impeccable et une impression présentant des irrégularités.
Le professeur Roland Logé, directeur du laboratoire, a déclaré : « La viabilité et l’efficacité de la surveillance acoustique pour la fabrication additive par laser font l’objet d’un débat permanent. Nos recherches confirment non seulement sa pertinence, mais soulignent également ses avantages par rapport aux méthodes traditionnelles ».
Milad Hamidi Nasab, chercheur principal, a déclaré : « La synergie entre l’imagerie par rayons X synchrotron et l’enregistrement acoustique offre une vision en temps réel du processus LPBF, facilitant la détection des défauts susceptibles de compromettre l’intégrité du produit. »
Comment cela fonctionne-t-il ?
L’équipe de recherche explique que lorsque le laser interagit avec la poudre métallique, créant ce que l’on appelle un bassin de fusion, il fluctue entre les phases liquide, vapeur et solide. Parfois, en raison de variables telles que l’angle du laser ou la présence d’attributs géométriques spécifiques de la poudre ou de la pièce, le processus peut s’interrompre. Ces cas, appelés « instabilités inter-régimes », peuvent parfois provoquer des changements entre deux méthodes de fusion, connues sous le nom de régimes de « conduction » et de « trou de serrure ». Dans les régimes instables de trou de serrure, lorsque la piscine de poudre fondue s’enfonce plus profondément que prévu, elle peut créer des poches de porosité qui aboutissent à des défauts structurels dans le produit final. Pour faciliter la mesure de la largeur et de la profondeur du bain de fusion dans les images à rayons X, le Hub d’analyse d’images du Centre d’imagerie de l’EPFL a développé une approche qui facilite la visualisation des petits changements associés au métal liquide et un outil pour annoter la géométrie du bain de fusion.
La solution de l’équipe est donc un concept expérimental qui combine des expériences d’imagerie à rayons X operando avec des mesures d’émissions acoustiques. L’amalgame avec un microphone ultrasensible, placé à l’intérieur de la chambre d’impression, a permis de repérer des changements distincts dans le signal acoustique lors des transitions de régime, identifiant ainsi directement les défauts au cours de la fabrication.
Grâce à l’introduction d’une technique de filtrage adaptatif, l’équipe a pu distinguer la relation entre les défauts et la signature acoustique qui les accompagne.
Même s’il est encore trop tôt pour savoir si cela débouchera sur un produit commercial, la recherche laisse entrevoir la possibilité d’une détection et d’une correction précoces des défauts et la manière dont cela peut conduire à une fabrication cohérente dans des secteurs très exigeants tels que l’aérospatiale et l’ingénierie de précision.
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