Il est également possible d'assister à la soutenance en distanciel avec le lien de visioconférence suivant :
Lien vers le site
ID réunion: 913 6669 4143
Code d'accès: 008171
Cette thèse a été réalisée au sein du laboratoire G-SCOP de Grenoble INP, sous l’
encadrement de :
- Frédéric VIGNAT - Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes - Directeur de thèse
- Sylvain LAVERNHE - Professeur des Universités, Université Paris-Saclay - Co- Directeur de thèse
- Matthieu MUSEAU - Maître de conférences HDR, Université Grenoble Alpes - Co-directeur de thèse
Co-encadrant de thèse
Membres du jury :
- Nicolas TARDIF - Maître de conférences, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon - Rapporteur
- Stéphane SEGONDS - Professeur des Universités, Université Paul Sabatier Toulouse III - Rapporteur
- Frédéric BOSSARD - Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes - Examinateur
- Frédéric VIGNAT - Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes - Directeur de thèse
Résumé :
La fabrication additive par arc-fil (WAAM) est une voie prometteuse pour la production de composants métalliques de grande dimension dans une logique de Near-Net Shape (NNS). L’approche NNS vise à réduire le gaspillage de matière et les opérations de post-traitement, contribuant ainsi à une fabrication plus économique et durable. Pour atteindre cet objectif dans le cadre du WAAM, il est nécessaire de réduire l’écart géométrique entre la structure déposée et la géométrie finale de la pièce (la Net Shape). Ce défi repose sur un contrôle précis de la géométrie du cordon de soudure, régie par des interactions complexes entre les paramètres de procédé, les trajectoires de l’outil, et l’état thermique et géométrique du substrat (qui évoluent au cours de la fabrication). Cette thèse propose une méthodologie de planification de procédé guidée par géométrie pour le WAAM, permettant de sélectionner les paramètres de fabrication et les stratégies de dépôt afin de minimiser la surépaisseur à enlever en usinage. La méthodologie s’articule autour de trois contributions principales :
Une méthode de modélisation géométrique définissant un Espace de Géométries de Cordon Acceptables (SABG en anglais), contraint par des exigences NNS et des contraintes de surépaisseur propres à l’usinage. Ce SABG permet de sélectionner des géométries de cordon compatibles avec les critères de fabrication NNS et de post-traitement.
Des modèles de surfaces de réponse construits à partir de données expérimentales et de simulations thermiques, capturant la relation entre les paramètres de procédé définis par l’utilisateur, les phénomènes physiques gouvernant le dépôt, et la géométrie du cordon. Ces modèles permettent de résoudre un problème inverse: identifier les configurations d’entrée produisant les géométries ciblées, en tenant compte de l’effet des conditions du substrat (thermique et géométrie).
Les méthodes précédentes sont intégrées dans in algorithme itératif pour adapter la planification du procédé à l’évolution de la géométrie et des conditions thermiques du substrat au cours du dépôt multicouche. Cela permet un ajustement dynamique de la géométrie du cordon et des paramètres de fabrication en fonction de l’état (prédit ou mesuré) du substrat. Des analyses de sensibilité révèlent comment les fluctuations imprévues du taux de dépôt et de l’apport thermique influencent la géométrie des cordons, ce qui souligne l’importance d’une sélection robuste des paramètres.
Dans l’ensemble, ce travail fait progresser la planification de procédés WAAM en intégrant les contraintes NNS et de post-traitement dans la sélection des paramètres, adaptés aux conditions du substrat entourant le dépôt. Il pose ainsi les bases d’une planification adaptative basée-géométrie pour la fabrication NNS par procédés WAAM.
Mots-clés : Fabrication Additive, WAAM, paramétrage, Near-Net-Shape
Enlish version :
Thesis defense titled “Determination of WXAM process parameters for a 'Near net shape' target geometry”,
which will be held on Thursday, December 11, 2025, at 8 a.m. in the Barbillion amphitheater, located on the Viallet site (46 Av. Félix Viallet, 38000 Grenoble) of Grenoble INP.
You can also attend the defense remotely using the following videoconference link:
Weblink
Meeting ID: 913 6669 4143
Password: 008171
This thesis was completed at the G-SCOP laboratory at Grenoble INP, under the supervision of:
- Frédéric VIGNAT - Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes - Thesis director
- Sylvain LAVERNHE - Professeur des Universités, Université Paris-Saclay - Thesis co-director
- Matthieu MUSEAU - Maître de conférences HDR, UGA - Thesis co-advisor
This thesis will be defended publicly in front of a jury constituted of :
- Nicolas TARDIF - Maître de conférences, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon - Reviewer
- Stéphane SEGONDS - Professeur des Universités, Université Paul Sabatier Toulouse III - Reviewer
- Frédéric BOSSARD - Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes - Examiner
- Frédéric VIGNAT - Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes - Thesis director
Abstract :
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) offers a promising route for Near-Net Shape (NNS) production of large-scale metal components. NNS focuses on minimizing material waste and post-processing operations, driving a more cost-effective and sustainable manufacturing process. Achieving NNS in WAAM requires reducing the geometric disparity between the deposited structure and the final part geometry (the Net Shape). This challenge hinges on precise control of weld bead geometry, governed by complex interactions among process parameters, tool paths, and the evolving thermal and geometric state of the substrate. This thesis presents a geometry-driven process planning methodology for WAAM, enabling the selection of process parameters and deposition strategies that yield acceptable bead geometries under realistic manufacturing conditions. The methodology is built around three core contributions.
A geometric modeling framework that defines a Space of Acceptable Bead Geometries (SABG), constrained by NNS and machining allowance requirements. This framework supports the selection of bead geometries that meet both NNS and post-processing criteria.
Response surface models built from experimental data and thermal simulations, capturing the relationship between user-input process parameters, physical phenomena driving the deposition process and bead geometry. These models solve an inverse problem to identify input configurations that produce target bead geometries on substrates with specific thermal and geometric states.
An iterative algorithm that integrates these models to adapt process planning to the evolving substrate geometry and thermal conditions during multilayer deposition. This enables dynamic adjustment of bead geometry and parameter settings based on predicted or measured substrate states. Sensitivity analyses reveal how unplanned fluctuations in deposition rates and thermal input affect bead geometry, and demonstrate the importance of robust parameter selection.
Overall, this work advances WAAM process planning by integrating NNS and manufacturing constraints into the selection of process parameter settings tailored for the substrate conditions surrounding the deposition. This lays the foundation for adaptive geometry-driven process planning for NNS WAAM.
Keywords : Additive Manufacturing, WAAM, parameter selection, Near-Net-Shape
