Soutenance de thèse de Élodie Morretton (CPP) le 16 février 2018 à 10H en amphi C - Site Viallet - Grenoble INP
Publié le 5 février 2018
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Soutenance
16 février 2018
Intitulée : "une démarche de conception de pièces légères pour la fabrication additive basée sur l'optimisation topologique"
Les membres du jury :
- M. Daniel COUTELLIER, Professeur des Universités, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (Rapporteur)
- M. Pascal MOGNOL, Professeur des Universités, École Normale Supérieure de Rennes (Rapporteur)
- M. Lionel ROUCOULES, Professeur des Universités, Arts et Métiers ParisTech d’Aix en Provence (Examinateur)
- M. Frédéric VIGNAT, Maitre de conférences, HDR, Univ. Grenoble Alpes, G-SCOP (Directeur de Thèse)
- M. Philippe MARIN, Maitre de conférences, Univ. Grenoble Alpes, G-SCOP (Encadrant)
- M. Franck POURROY, Maitre de conférences, Univ. Grenoble Alpes, G-SCOP (Encadrant)
- M. Benoit MATTE, Ingénieur, Zodiac Seats France (Invité)
Résumé :
Les procédés de fabrication additive sont en pleine essor ces dernières années. De nombreux industriels cherchent à évaluer leur potentiel et leurs avantages. Ces nouvelles technologies impliquent des changements au niveau des manières de fabriquer mais également au niveau des manières de concevoir. Ce travail de thèse s’est intéressé à ce second aspect et apporte plus particulièrement des réponses à la question de recherche suivante :
Quel guide méthodologique suivre pour une étude dont le but est de reconcevoir des pièces afin de s’approcher de l’optimum en termes de masse ?
Pour traiter cette question, le problème a été abordé au regard de plusieurs questions sous-jacentes afin de combler les manques identifiés dans l’état de l’art réalisé que ce soit sur les problématiques du paramétrage de l’optimisation topologique ou sur celles des techniques de reconstruction. Nous avons réalisé plusieurs études de cas afin de pouvoir répondre à ces différentes questions et pouvoir ainsi lister les points critiques. Ce travail de thèse a été réalisé en partenariat avec un acteur de l’aéronautique : Zodiac Seats France. Ceci nous a permis de réaliser des études de cas sur des pièces existantes qui possédaient un certain niveau de complexité. Parmi ces études de cas, nous avons distingué deux types d’étude :
- Une étude élémentaire pour effectuer des boucles rapides en faisant varier les choix et
- Une série d’études industrielles pour regarder s’il y a convergence ou divergence entre les conclusions de l’étude élémentaire et des cas d’applications plus complexes.
Puis, nous avons donné une description détaillée d’une méthode de conception pour la fabrication additive basée sur 5 grandes phases :
- l’évaluation de la pièce candidate ou des pièces,
- la modélisation,
- l’optimisation topologique : obtention d’une forme de géométrie,
- la reconstruction de la pièce à partir du résultat de l’optimisation topologique et intégration des contraintes de fabrication
- l’optimisation dimensionnelle : affiner les dimensions de la géométrie reconstruite.
A ces phases, viennent s’ajouter des étapes de contrôle via des analyses éléments finis. Cette démarche s’est construite autour d’observations faites lors du déroulement des études de cas. Pour chacune de ces phases, un ensemble de recommandations a été défini pour aider le concepteur dans l’obtention d’une pièce optimale en termes de masse. Enfin, nous avons donné ce descriptif de la méthode à un concepteur relativement novice pour avoir un nouveau regard sur celle-ci et pouvoir ainsi identifier des points à améliorer. A l’issue de ce travail de conception, ce concepteur a pointé plusieurs points manquants ainsi que plusieurs faiblesses dans l’argumentaire du guide méthodologique. Ses observations et son opinion, nous ont permis de prendre du recul vis-à-vis de notre travail.
Abstract :
Additive manufacturing processes have been growing in recent years. Many industries seek to assess their potentials. These new technologies involve changes in terms of manufacturing but also in terms of designing. This work is interested in this second aspect. It brings answers to the following research question:
What methodological guide to follow for a study whose goal is to redesign pieces in order to approach the optimum in terms of mass?
To answer to this question, the problem is decomposed into several sub questions. These questions must fill the identified lacks in the state of the art, and deal with topological optimization parameters or reconstructions techniques for example. Several case studies are realized to answer to these sub questions and to list the critical points. This work is realized in partnership with an aerospace company: Zodiac Seats France. This allowed us to work on existing parts which have a certain complexity level. Two types of studies can be distinguished:
- Basic study: to experiment different strategies and to make variation on the parameter choices rapidly.
- Practical study: to check on more complex cases if there is a convergence with basic study conclusions.
Then, a detailed description of a design method for additive manufacturing is provided. It is composed in 5 phases:
- Evaluation of parts potential.
- Model of parts.
- Optimization of parts with topological optimization tools: obtaining the shape of the parts.
- Reconstruction of parts from the topological result: integration of manufacturing constraints.
- Optimization of reconstructed parts with dimensional optimization tools: refinement of the dimensions of reconstructed parts.
Between these phases, checked step are added, based on finite element analysis. This method is built on practical observations obtained from the different case studies. For each phase, a set of recommendations is provided to help designers to design lightweight parts. Finally, this descriptive method is given to a novice designer to have the method tested. The aim of this test is having a new vision on this detailed method and identifying points to be improved. At the achievement of this design work, the designer noticed several missing points as well as several weaknesses in the method argument. His observations and his opinions gave us to take a step back from our work.
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mise à jour le 5 février 2018
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