Conception intégrée pour les procédés de Fabrication Additive basée sur les modèles DFM de peaux-squelettes

Integrated Design of Additive Manufacturing Based on Design for Manufacturing and Skin-skeleton Models

• Auteur / Autrice : Elnaz Asadollahiyazdi
• Direction : Julien Gardan, Pascal Lafon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 21/09/2018
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Ecole d'ingénieurs : EPF
• Partenaire(s) de recherche : Collectivité territoriale : Grand Est
• Partenaire(s) de recherche : Collectivité : FEDER
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Alain Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Lafon, Alain Bernard, Vimal Dhokia, Lionel Roucoules, Nadège Troussier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vimal Dhokia, Lionel Roucoules

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation mathématique

Décision multicritère

Analyse du cycle de vie

Procédés de fabrication

Conception technique

Prototypage rapide

Mots clés libres

Prototypage rapide

Conception technique

Procédés de fabrication

Analyse du cycle de vie

Décision multicritère

Optimisation mathématique

Rapid prototyping

Technical design

Manufacturing processes

Life cycle analysis

Multi-criteria decision making

Mathematical optimization

Résumé

Aujourd'hui, la fabrication additive (FA) fait évoluer le monde de la fabrication grâce à ses capacités de production de formes complexes couche par couche. L'approche de conception pour la fabrication (DFM) aide à considérer les contraintes de FA et à maîtriser les caractéristiques du produit dans la gestion de son cycle de vie. Plusieurs études sont consacrées à l'approche de conception intégrée pour la FA, mais aucune approche ne prend en compte toutes les étapes du cycle de vie du produit dans le niveau d'optimisation de sa conception et de sa fabrication. Ainsi, cette thèse fournit une approche DFM pour la FA afin d'étudier simultanément différents attributs, contraintes et critères de conception et de fabrication dès la définition du produit. L'approche Peau-Squelette modélise la première définition du produit. Il contient une analyse fonctionnelle, un modèle d'usage et un modèle de fabrication. Dans ce travail, un nouveau moteur de résolution, qui agit à l’interface du modèle de produit et du modèle de fabrication, est proposé grâce à l'analyse des technologies FA et de leurs paramètres et critères. Ce moteur repose sur un problème d'optimisation bi-objectif pour minimiser le temps de production et la masse du matériau en proposant les solutions optimales pour les propriétés mécaniques et la rugosité du produit. Cette méthodologie permet de définir le modèle de produit. L'approche est mise en œuvre à travers une première technologie de dépôt par fil fondu (FDM) pour la production de deux études de cas

Nowadays, Additive Manufacturing (AM) evolves the manufacturing world by its capabilities for production of the complex shapes layer by layer. Design For Manufacturing (DFM) approach helps to overcome the AM constraints and mastering product features in product lifecycle. Several studies are devoted to integrated design approach for AM, but there is no approach that considers all product life cycle steps in optimization level for product and manufacturing process. So, this thesis provides a DFM approach for AM to investigate simultaneously different attributes, constraints, and criteria of design and manufacturing in product definition. Skin-Skeleton approach models the first definition of product and AM. It contains functional analysis, usage model, and manufacturing model. In this work, a novel interface processing engine as an interface between product and manufacturing model is developed through analysis of AM technologies and their parameters and criteria. This engine relies on a bi-objective optimization problem to minimize production time and material mass under limitation of mechanical properties and roughness of the product to obtain the optimal manufacturing parameters. This methodology permits to define the product model. The approach is implemented into Fused Deposition Modeling to verify the methodology through two case studies