Thèse soutenue

Optimisation Topologique du Couple Pièce/Support pour la Fabrication Additive sur Lit de Poudre
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Auteur / Autrice : Martin Bihr
Direction : Grégoire AllaireBeniamin Bogosel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mathématiques et informatique
Date : Soutenance le 10/12/2021
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
Laboratoire : Centre de mathématiques appliquées (Palaiseau, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Christophe Tournier
Examinateurs / Examinatrices : Grégoire Allaire, Beniamin Bogosel, Francisco Chinesta, Eric Bonnetier, Habibou Maitournam, Éric Charkaluk, Chiara Nardoni
Rapporteurs / Rapporteuses : Francisco Chinesta, Eric Bonnetier

Résumé

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Cette thèse est consacrée à l'optimisation de la forme et de la topologie de pièces construites en fabrication additive. Les nouveaux procédés de fabrication suscitent beaucoup d'intérêts ces dernières années pour leur capacité à construire des pièces complexes. En particulier la fabrication additive (FA) métallique sur lit de poudre permet aux industries de ne plus être limitées par les contraintes de fabrication conventionnelles (fraisage, moulage,...). Plus spécifiquement, le procède le plus utilisé est le SLM (Selective Laser Melting), où un laser fond le lit de poudre très localement avant qu'un racleur étale une nouvelle couche de poudre après la solidification. Néanmoins, même si ce procédé offre une grande liberté dans le design de la pièce, il possède ses propres contraintes de fabrication. Les forts gradients de température apportés par la chaleur du laser de manière successive à chaque couche contraignent fortement la pièce et peuvent même la déformer lors de la fabrication, ne la rendant plus conforme au design voulu.Une solution est alors de rajouter de la matière autour la pièce, des supports de fabrication, pour maintenir les parties sujettes aux déformations. Ils peuvent être optimisés pour minimiser la matière utilisée, leur temps de fabrication ou de leur retrait. Cependant, il peut être préférable de modifier la géométrie de la pièce plutôt que de rajouter cette matière supplémentaire onéreuse. L’objectif est alors de concevoir une pièce différente qui n'amène pas de défaut de fabrication tout dégradant le moins possible sa performance dans son utilisation finale.L'optimisation de forme est alors une bonne solution pour obtenir des formes fabricables par ce procédé en limitant ces différentes contraintes de fabrication. Pour finir, l'optimisation topologique du couple pièce/support consiste à trouver la forme optimale d'une pièce ainsi que de ses supports, souvent nécessaires à sa fabrication. La structure finale obtenue sera optimisée en termes de coût de fabrication et d'utilisation dans un problème final donné. Pour cela, plusieurs contraintes de fabrication liées à la technologie SLM devront être prises en compte.