Développement d'un outil numérique pour l’optimisation de la structure interne de pièce imprimée avec le FDM

Development of a Numerical Tool to Optimise the Infill Structure of Part Produced by Fused Deposition Modeling

• Auteur / Autrice : Sashi Kiran Madugula
• Direction : Pierre-Antoine Adragna, Laurence Giraud-Moreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériau, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 14/03/2022
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : : Aube en Champagne - Union européenne - FEDER (Fonds européen de développement régional)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Systèmes Mécaniques et d'Ingénierie Simultanée / LASMIS
• Jury : Président / Présidente : Abel Cherouat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Antoine Adragna, Laurence Giraud-Moreau, Abel Cherouat, Boussad Abbès, François Villeneuve, James Gopsill
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Boussad Abbès, François Villeneuve

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul adaptatif

Éléments finis, Méthode des

Prototypage rapide

Mots clés libres

Prototypage rapide

Éléments finis, Méthode des

Calcul adaptatif

Rapid prototyping

Finite element method

Adaptive mesh method

Résumé

L'objectif de cette thèse est de développer un outil numérique pour optimiser la structure interne des pièces imprimées en 3D produites par le procédé dépôt de fil fondu (DFF). En impression 3D, le terme remplissage fait référence à la structure interne de la pièce. Pour créer la conception de remplissage, un logiciel de tranchage est utilisé, qui crée généralement le remplissage uniformément dans toute la pièce. Lorsqu'une telle pièce est soumise à une charge externe, toutes les régions de remplissage ne subiront pas la même quantité de contrainte. Par conséquent, l'utilisation d'un remplissage uniforme dans toute la pièce n'est pas la solution la plus optimisée en termes d'utilisation des matériaux. Nous visons à développer un outil numérique pour faire évoluer la conception du remplissage par rapport aux contraintes mécaniques générées par les charges externes. Pour y parvenir, nous proposons deux méthodologies différentes basées sur un processus itératif utilisant des techniques de raffinement et de remaillage couplées à la simulation par éléments finis (simulation EF) pour contrôler la structure interne de la pièce sans modifier le contour. Ces méthodologies visent à renforcer le remplissage de la pièce sans modifier le contour, dans la zone où la résistance mécanique doit être améliorée pour renforcer la structure, mais aussi à diminuer la quantité de matière pour réduire le temps d'impression.

The objective of this thesis is to develop a numerical tool to optimise the internal structure of 3D printed parts produced by the Fused Deposition Modelling (FDM) process. In 3D printing, the term infill refers to the internal structure of the part. To create the infill design, slicing software is used, which generally creates the infill uniformly throughout the part. When such a part is subjected to external loading, not all the infill regions will experience the same amount of stress. Therefore, using uniform infill throughout the part is not the most optimised solution in terms of material usage. We aim to develop a numerical tool to evolve the infill design with respect to the mechanical stresses generated by the external loads. To achieve this, we propose two different methodologies based on an iterative process using refinement technique and remeshing techniques coupled to Finite Element simulation (FE simulation) to control the internal structure of the part without changing the contour. These methodologies aim to reinforce the infill of the part without changing the contour, in the area where the mechanical strength must be improved to strengthen the structure, but also to decrease the amount of material to reduce the printing time.