Fabrication additive de pièces multimatériaux

par Pierre Muller

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique transport

Sous la direction de Pascal Mognol.


  • Résumé

    Les pièces multimatériaux à gradient fonctionnel (Functionally Graded Materials - FGM) sont des structures dont la composition et la microstructure du matériau changent graduellement à l’intérieur de la pièce. Cette distribution des matériaux permet de réaliser des gradients de propriétés au niveau mécanique, physique, chimique, etc. Les domaines d’application sont nombreux pour ces pièces, en particulier l’aérospatial et le biomédical mais également l’électronique, l’énergie nucléaire, la production d’outillage, le design, etc. L’utilisation des procédés innovants tels que les procédés de fabrication additive est indispensable pour la réalisation de pièces multimatériaux complexes. Bien que ces procédés aient les caractéristiques attendues pour la réalisation de pièces multimatériaux, on constate qu’aucune pièce fonctionnelle n’a encore été fabriquée à ce jour. Pour permettre la fabrication de pièces fonctionnelles, il est indispensable de proposer une méthodologie de fabrication complète permettant de passer de l’objet imaginé par le concepteur à la fabrication. Cette méthodologie doit comporter les étapes suivantes : description de la pièce à fabriquer, détermination d’une stratégie de fabrication adaptée et génération des instructions de fabrication. Parmi les étapes du processus de fabrication, celle de choix d’une stratégie de fabrication occupe une place importante. En effet, les caractéristiques de pièces – géométrie et répartition des matériaux – sont fortement dépendantes de la stratégie de fabrication choisie. Les travaux de thèse portent principalement sur les méthodes mises en place pour la détermination de trajectoires appropriées à la fabrication des pièces multimatériaux. Ces méthodes reposent sur la modélisation du procédé nécessaire à l’évaluation des stratégies et une optimisation du procédé permettant de diminuer les différences entre la répartition des matériaux souhaitée et celle fabriquée. Une des méthodes proposées permet d’obtenir automatiquement des trajectoires parfaitement adaptées aux pièces multimatériaux et reposesur la modélisation et l’optimisation du procédé. Ces travaux sont intégrés dans une méthodologie de fabrication de pièces multimatériaux. De plus, une maquette informatique a été développée pour mettre en avant les possibilités d’utilisation de cette méthodologie.

  • Titre traduit

    Additive manufacturing of functionally graded materials (FGM) parts


  • Résumé

    Functionally Graded Materials (FGM) parts are heterogeneous objects with material composition and microstructure that change gradually into the parts. The distinctive feature of FGM structure gives the possibility of selecting the distribution of properties – mechanical, physical, chemical, etc. - to achieve the desired functions. It is the reason why aeronautical and biomedical industries are particularly concerned by developments of these materials. Innovative processes like additive manufacturing processes are indispensable to manufacture complex FGM parts. Nowadays, with these processes, customized homogeneous parts are manufactured from digital data. Although these processes seem adapted to produce these parts, the manufacturing of heterogeneous parts is limited to samples: parts are not functional, with simple morphology and simplematerial distribution. To move from these samples to functional parts a methodology with a global approach is necessary. This methodology must enable to move from the concept imagined by a designer to the manufacturing of the part. The following steps must be included in the methodology: description of the part, determination of an appropriate manufacturing strategy and generation of process instructions. The step of determination of an appropriate manufacturing strategy is decisive to ensure the fabrication of a part in compliance with the desired geometry and the desired material distribution. Thesis work concern the methods defined to determine appropriate tool paths for additive manufacturing of FGM parts. These methods are based on a process modelling necessary for the evaluation of manufacturing strategies and a process control to reduce the differencebetween the desired material distribution and the material distribution in the manufactured part. One of the proposed methods enables to generate new kind of path strategy. With this method, tool paths will be automatically generated taking into account the process modelling. This work is integrated into methodology for manufacturing FGM parts. Moreover, a procedure has been developed to highlight the potential use of this methodology all generated taking into account the process modelling.

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2013 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Fabrication additive de pièces multimatériaux

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xvi-164 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-164

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th. 2421 bis
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