Processus de fabrication additive ultra-rapide pour des pièces de grande taille, à base de technologies hybrides alliant robotique multi-axes, FDM et LDM pour des applications dans le domaine de l'automobile

par Thibaut Cadiou

Projet de thèse en Sciences pour l'Ingénieur

Sous la direction de Samuel Gomes.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (laboratoire) et de COMM - Conception, Optimisation & Modélisation en Mécanique (equipe de recherche) depuis le 11-06-2018 .


  • Résumé

    Le service Recherche & Innovations de l'entreprise SEGULA situé à Montbéliard souhaite gagner en compétence dans le domaine de l'impression 3D de pièces thermoplastiques. Le procédé de fabrication additive sur lequel nous souhaitons travailler est le procédé par dépôt de filament fondu (FDM) étant donné que le site de SEGULA, basé à Lyon, travaille sur le procédé d'impression par fusion laser sur lit de poudres (Selective Laser Modeling). Dans le cadre de la création de prototypes de grand format, SEGULA souhaite réaliser des prototypes à l'échelle 1:1 pour des grandes pièces d'équipement intérieur et extérieur pour l'automobile. L'objectif à moyen terme est d'effectuer des simulations de montage ou encore des tests en conditions réelles (e.g. déploiement d'airbag dans l'habitacle). Afin de réduire les délais liés au temps d'impression, SEGULA propose de créer une machine de fabrication additive innovante qui puisse être à la fois ultra-rapide et qui puisse réaliser des pièces de très grand format (e.g. planche de bord automobile) en un seul tenant. Pour satisfaire le besoin sur le temps et les volumes utiles d'impression, plusieurs pistes peuvent être explorées : - Utilisation de plusieurs têtes d'impression par dépôt de fil chaud, et ceci de manière simultanée. Les têtes d'impressions utilisées pourraient être également améliorées, afin d'augmenter les débits en matière plastique et diminuer ainsi les temps d'impression ; - Utilisation d'une combinaison de plusieurs procédés permettant, par exemple, la délimitation de surfaces et volumes frontière creux à l'aide de d'une ou plusieurs têtes d'impression par dépôt de fil chaud, et remplissage calibré de résines liquides ou de mousses expansées, pour combler très rapidement et de manière stratégique certains volumes creux ainsi créés ; - Découpage volumique d'alvéoles en appliquant la théorie de la « Méréotopologie spatiotemporelle » [Demoly et al., 2012 ; Gruhier et al., 2015 ;2016], aux différents volumes à traiter avant de recourir au logiciel trancheur. Face à l'objectif de pouvoir imprimer des pièces en thermoplastiques de grand format sur de courtes durées, plusieurs défis technologiques, concernant plus particulièrement l'aspect mécatronique du sujet, pourront faire émerger plusieurs verrous scientifiques à lever : - Algorithmes pour la gestion de la collision des différentes têtes d'impression lors d'une impression et génération du G-code associé ; - Méthodes et outils de calibration d'un système robotisé soumis à des contraintes thermomécaniques (enceinte chauffante + accélération du robot) ; - Algorithmes pour création d'une nouvelle génération de trancheur multi-matériaux, capable de créer un maillage lié à la stratégie de remplissage des alvéoles de la pièce à imprimer ; - Hybridation entre les procédés FDM et LDM (Liquid Deposition Modeling) nécessitant la conception d'une tête d'impression intelligente et rapide (capable d'imprimer plusieurs matériaux, dont des liquides ou des mousses expansées, d'avoir un débit en matière plastique augmenté, un encombrement réduit …). L'étude d'autres problématiques est envisageable, le but serait d'obtenir une machine fonctionnelle à l'issue de la thèse et de pouvoir imprimer une planche de bord de véhicule automobile. L'objet du projet à long terme est d'utiliser des matériaux appliqués dans l'automobile par exemple du Polypropylène, de l'ABS et puis des matériaux bio-sourcés.

  • Titre traduit

    Ultra-fast and large-size additive manufacturing process for automotive industry based on Hybrid Robotic Fused Deposition Modeling (HR-FDM) technology


  • Résumé

    The goal is to create large prototype of automotive part combining two process: FDM and LDM.