Stage de Master 2 : Définition d’une méthode d’optimisation de la trajectoire dans le cas de la fabrication additive robotisée multiaxe de type WAAM

Offre du 25/10/2023

Lieu : SIGMA Clermont – Institut Pascal
Partenaire : COSMER

Présentation du projet :

Ce stage de master s’inscrit dans le projet CAP-AM financé par l’ANR. Il pourra se poursuivre par une thèse dont les thématiques concerneront à la fois la chaîne globale d’optimisation de la trajectoire, mais aussi l’optimisation de la configuration de fabrication. Les procédés de fabrication additive (FA) multi-axes sont en plein développement et répondent à un besoin industriel clairement identifié de fabrication de pièces brutes de grandes dimensions, dans des délais serrés, et des quantités allant du prototype à la petite série. L’utilisation d’architectures multi-axes permet la fabrication de pièces de formes complexes sans recourir à du matériau support. Toutefois, leur mise en œuvre impose de maîtriser correctement les mouvements du système poly-articulé utilisé. Un des freins au développement de ces technologies est le manque de maîtrise de la qualité des pièces produites par rapport à des procédés courants, tels que la fonderie ou la forge. La maîtrise de la qualité dimensionnelle et géométrique doit permettre l’obtention d’un brut "capable" (c’est à dire permettant l’obtention de la pièce finie) de manière répétable. La connaissance des tolérances de fabrication peut ainsi être utile à la détermination des surépaisseurs d’usinage et au respect d’une épaisseur minimale des parois restant brutes (résistance mécanique) tout en contenant la masse de la pièce finale (épaisseur maximale). Ainsi, le projet CAP-AM – dont le cadre expérimental se limite à la fabrication additive par dépôt direct multi-axes robotisé de type FFF et WAAM – vise à proposer des méthodes d'évaluation et d’optimisation de la capabilité dimensionnelle et géométrique, basées sur la fabrication et le contrôle d'entités géométriques spécifiques. Ces entités pourront être intégrées à de futures pièces de qualifications dédiées à la fabrication additive multi-axes, qui pourront alors servir de base à de futures normes.

Présentation du sujet de master :

Ces travaux de master s’intéressent à la chaîne d’optimisation générique pour la réalisation par dépôt robotisé d’une pièce test dont la capabilité géométrique est optimisée. Différentes méthodes d'optimisation de la trajectoire des robots permettant la gestion des redondances d’axes sont présentes dans la littérature pour différents procédés, notamment les procédés coaxiaux. Ces méthodes reposent sur une modélisation cinématique du robot, sur l'intégration de contraintes liées à la zone de liberté, aux limites de course de chaque articulation, aux collisions, aux singularités, mais aussi sur la formalisation de la performance du processus, et sur l'expression de la fonction à minimiser et des paramètres à optimiser. Durant ce stage, nous devrons définir tous ces éléments dans le cas de la FA multi-axes tout en assurant une formalisation mathématique compatible avec une optimisation robuste utilisant des algorithmes classiques. Un des enjeux repose sur l'expression d'une fonction de coût qui doit à la fois permettre une optimisation robuste et qui doit rendre compte de l’adéquation entre la vitesse d’avance effective de l’outil et la vitesse d’avance souhaitée. Cette fonction de coût pourra aussi être mise à contribution dans la gestion de la vitesse d’apport de fil de manière à générer une géométrie de cordon réelle conforme à celle utilisée lors de la génération de la trajectoire. L'apport reposera sur la formalisation d'un problème d'optimisation de trajectoire pour la FA multi-axes basée sur des redondances d’axes existantes dans le but de développer une méthode robuste et peu exigeante en termes de temps de calcul. L'enjeu est de proposer des métamodèles paramétrés suffisamment représentatifs pour rendre la méthode la plus générique possible.
Ce stage doit se focaliser sur des modèles et méthodes simples permettant à tout un chacun d’optimiser les trajectoires de dépôt dans le cas particulier de la pièce de qualification pour différentes cellules de fabrication. Un des enjeux est de déterminer des formalismes et des métamodèles permettant d'appliquer les travaux à différents robots anthropomorphes et/ou architecture de cellule de fabrication.

Equipe encadrante :
Hélène Chanal (MCF-HDR), Sébastien Campocasso (MCF), Maxime Chalvin (MCF)