Développement d'une méthode de conception de moules et noyaux hybrides en fonderie

par Marjorie Jacques

Projet de thèse en Sciences - STS

Sous la direction de Hervé Bonnefoy.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences, Technologies, Santé , en partenariat avec (LISM) Laboratoire d'Ingénierie et Sciences des Matériaux (laboratoire) depuis le 30-08-2016 .


  • Résumé

    Laboratoire : Le laboratoire d'Ingénierie Science des Matériaux (LISM) compte 45 personnes (enseignants chercheurs, ingénieurs de recherche, assistant d'ingénieur). Les principales thématiques de recherche sont l'élaboration des matériaux, les méthodes de caractérisation, la modélisation des procédés de transformation et la fabrication additive. Les travaux de recherche se feront sur le site de Charleville-Mézières dont l'équipe de recherche est adossée à l'Institut de Formation Technique Supérieure. Cette thèse s'inscrit, d'une part, dans le cadre du projet ANR MONARCHIES sélectionné en 2015 dans le cadre du défi du renouveau industriel et d'autre part, dans le montage de la chaire industrielle sur les Matériaux Architecturés. L'expérimentation se fera sur la plateforme de fabrication additive Platinium 3D comprenant trois machines dont une imprimante 3D sable et deux machines de fusion de poudre métalliques par laser Description du sujet de thèse : L'objectif des travaux de recherche de cette thèse est de définir une méthodologie de conception de moules hybrides en fonderie. L'arrivée des imprimantes 3D sable implique un changement de paradigme en fonderie et les règles métiers séculaires sont remises en cause par ces nouvelles technologies. Les notions de plan de joint, de dépouilles et de surépaisseur d'usinage sont caduques. Pour les petites séries et moyennes séries, les moules hybrides deviennent des solutions techno-économiques viables. Les travaux de recherche devront définir les procédés de fabrication constituant les différentes parties des moules et leurs coûts associés. Les principales taches seront : - définir les possibilités et les limites des imprimantes 3D sable - analyser topologiquement les pièces de fonderie ainsi que les moules en fonction de leur complexité - proposer différentes technologies de fabrication des différentes parties du moule - prévoir un positionnement des différentes parties du moule - concevoir des moules hybrides en fonction des différentes morphologies de pièces de fonderie - vérifier la robustesse de la méthodologie sur différents cas industriels

  • Titre traduit

    development of methods to design molds and cores hybrids in foundry


  • Résumé

    The 3D sand printing has a strong impact on traditional smelter know-how due to the lack of tools and the very numerous diverse achievable forms. The project MONARCHIES aims to design and manufacture molds and architected cores with new features in the mold and the workpiece which can be obtained. A paradigm shift for designing parts and molds must take place in order to capitalize on the full potential of 3D sand printing. The topology optimization associated with new business rules for additive manufacturing opens a wide field of designing new foundry products and new forms of molds and cores. The change of sand, binder and modification of print settings have influence on mechanical and physical properties of the mold as well as on castings. This new mold manufacturing technology allows to predict the integration of new features such as vents, coolers, housing for the sensors, ... Before reaching full integration and overcoming some limits of 3D printing for small series, an intermediate step is necessary in which realization of hybrid molds will be undertaken by using the best features of the different manufacturing processes depending on technical and economic criteria. Due to environmental consideration, the study of different types of inorganic binders for 3D printing will be conducted to define the optimal shapes of molds and cores guaranteeing good mechanical properties and ease of removal. Tests will be conducted to characterize the molds and parts obtained by 3D printing and enrich the database software for foundry simulation especially for the sand thermal properties. All these studies will help to control the production of molds and architected cores which represents a new area of development for the foundry of tomorrow.