sont les applications potentielles ? Il apparaît que les travaux de recherche focalisés sur cette technologie sont encore peu nombreux, et se concentrent soit sur l’étude du phénomène d’extrusion [3], soit sur les stratégies de construction de pièces [4], mais très peu sur la phase de conception des pièces.
Objectifs de la thèseParmi les questions soulevées ci-dessus, nous nous focaliserons dans cette thèse sur les techniques d'optimisation topologique qui, de plus en plus mobilisées pour la conception de pièces destinées à la fabrication additive métallique sont encore peu utilisées pour des pièces de fabrication additive plastique [5]. Les spécificités de la FDM peuvent faciliter la construction de pièces de géométrie issue d’optimisation topologique, comme des pièces munies d’un faible taux de remplissage volumique (corps creux sans problématique de dépoudrage), intégrant des structures de type nid d’abeille ou treillis, munies de parois relativement minces, ou architecturées sous forme de poutres de sections variables. Néanmoins d’autres difficultés apparaissent pour l’usage de l’optimisation topologique, telles que le caractère anisotrope des pièces obtenues, lié à l’empilement des couches et aux orientations de fibrages, ainsi que certaines limites dans les géométries. Les paramètres d’entrée du processus d’optimisation (espace de conception, contraintes géométriques, caractéristiques du matériau…) ainsi que les performances que l’on pourra espérer, et finalement les formes fabricables sont donc à définir de manière spécifique.
L’objectif de la thèse est donc de caractériser les potentiels et les limites de l’usage de l’optimisation topologique dans un processus de conception de pièces destinées à être fabriquées par procédé FDM.
La démarche de recherche proposée sera fondée sur un état de l’art approfondi relatif à l’optimisation topologique d’une part, et à la technologie FDM d’autre part. Une série d’études de cas de (re)conception, fabrication et caractérisation de pièces réelles permettra d’asseoir des hypothèses et de dégager des règles de conception ou des « bonnes pratiques » pour la mise en œuvre d’optimisation topologique pour la fabrication additive FDM. Enfin, un travail de synthèse devra aboutir à une proposition de démarche globale structurée d’intégration de l’optimisation topologique dans un processus de conception de pièce pour la fabrication additive plastique, proposition qui constituera le livrable final de la thèse.
Références :
[1] Wohlers T. et al., « Wohlers report 2013 : Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry Annual Worldwide Progress Report », Wohlers Associates, Inc., Fort Collins, CO
[2] Doutre P-T. et al., « Optimisation topologique : outil clé pour la conception des pièces produites par fabrication additive », Conférence AIP-Priméca 2015, La Plagne, Avril 2015
[3] B. N. Turner, R. Strong, and S. A. Gold, « A review of melt extrusion additive manufacturing processes: I. Process design and modeling », Rapid Prototyp. J., vol. 20, no. 3, pp. 192–204, Apr. 2014.
[4] A. K. Sood, R. K. Ohdar, and S. S. Mahapatra, « Experimental investigation and empirical modelling of FDM process for compressive strength improvement », J. Adv. Res., vol. 3, no. 1, pp. 81–90, Jan. 2012.
[5] R. Rezaie, M. Badrossamay, a. Ghaie, and H. Moosavi, « Topology Optimization for Fused Deposition Modeling Process », Procedia CIRP, vol. 6, pp. 521–526, 2013.
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