Détecter les défauts d’impression 3D métal grâce aux sons

A l’Ecole Polytechnique de Lausanne, une équipe de scientifiques s’est penchée sur la question des défauts d’impression 3D métal, plus particulièrement lors de l’utilisation d’un procédé laser. Leur objectif est de développer une méthode basée sur l’analyse des sons de l’imprimante 3D afin d’anticiper les erreurs d’impression et donc de permettre de meilleurs résultats. Ils ont donc étudié les sons émis par une machine lors d’un procédé sans faille et ceux d’une imprimante 3D qui présentait des défauts pendant l’impression. En collaboration avec le Paul Scherrer Institute (PSI) et le Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa), l’EPFL a placé un microphone dans la chambre d’impression pour détecter les décalages dans le signal acoustique lors du changement d’état de la poudre métallique.  

La détection des erreurs d’impression n’est pas nouvelle et de nombreux projets se sont développés au cours des dernières années pour garantir des résultats fiables et répétables. Ce process s’appuie généralement sur des algorithmes capables de tirer des conclusions à partir de situations déjà connues. Par conséquent, ils sont souvent imparfaits et nécessitent des phases de test assez importantes. En misant sur une technique basée sur les sons, les scientifiques de l’EPFL souhaitent s’affranchir de cette contrainte. 

Représentation graphique du dispositif expérimental d’écoute des défauts d’impression – 2023 EPFL / Titouan Veuillet – CC-BY-SA 4.0

Lors du procédé de fusion laser, une fine couche de poudre métallique est chauffée pour former l’objet désiré, couche par couche. Le matériau passe donc par différentes phases – solide, liquide et gazeux – ce qui crée alors un bain de fusion. L’EPFL précise : “Il peut arriver que le procédé échoue à cause de variables telles que l’angle du laser ou la présence d’attributs géométriques spécifiques dans la poudre ou dans la pièce. Ces problèmes, appelés «instabilités inter-régimes», peuvent parfois entraîner des transitions entre deux modes de fusion, le régime «conduction» et le régime «keyhole».” Les équipes partent d’images rayons X pour mesurer ce bain (en largeur et profondeur) et ont développé une méthode qui leur permet de voir les changements du métal lorsqu’il est liquide. Grâce à un microphone installé dans la chambre d’impression, ils sont alors capables d’enregistrer les sons produits lors des transitions entre les régimes et de repérer d’éventuels décalages. S’ils existent, c’est qu’un défaut a été détecté.  

Le chercheur principal, Milad Hamidi Nasab, ajoute : « Les synergies entre l’imagerie au synchrotron à rayonnement X et des enregistrements acoustiques nous permettent de comprendre en temps réel le fonctionnement du processus LPBF, ce qui facilite la détection de défauts susceptibles de compromettre l’intégrité du produit. » Les chercheurs n’en sont qu’au début de leurs expérimentations et sont confiants quant à l’avenir de cette solution. Ce qui est sûr c’est qu’elle devrait permettre de concevoir des pièces plus fiables et de façon répétable, un point clé pour de nombreux industriels aujourd’hui. Vous pouvez retrouver le communiqué de presse officiel ICI.

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