Dissertations / Theses: 'Fabrication Additive et Soustrative'

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Lesage, Philippe. "Etude et caractérisation sous sollicitations dynamiques de structures mécaniques en fabrication additive et soustractive." Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2024. http://www.theses.fr/2024UBFCA003.

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Abstract:

La fabrication additive est en pleine expansion et suscite un intérêt grandissant pour l'industrie, la recherche scientifique et le grand public. Les procédés additifs ont permis des ouvertures pour fabriquer des structures à géométrie complexe par rapport aux fabrications classiques. En revanche, le comportement mécanique des fabrications additives en réponse aux chargements est peu exploré. En particulier la caractérisation mécanique de ces fabrications reste un challenge et se limite souvent à des champs d'investigations pseudo-statiques par des moyens de tests mécaniques classiques tels que des essais de traction. Ce travail de thèse tente donc d'apporter une contribution à la caractérisation mécanique dynamique des fabrications additives sur un champ comparatif avec les fabrications soustractives. Cette contribution repose sur l'utilisation de méthodes modales en réponse à des stimuli « Low Velocity » appliqués au marteau de choc et sur une méthode dynamique « High Velocity » en étudiant le comportement à l’impact de plaques réalisées par procédés additifs (SLM) et soustractifs
Additive manufacturing is rapidly expanding and attracting increasing interest from industry, scientific research and the general public. Additive processes have opened up opportunities for producing structures with complex geometries compared to traditional manufacturing. However, the mechanical behavior of additive fabrications under loading conditions is not extensively explored. In particular, the mechanical characterization of these fabrications remains a challenge and often limits itself to pseudo-static investigation fields through conventional mechanical testing methods such as tensile tests. This doctoral thesis aims to contribute to the dynamic mechanical characterization of additive manufacturing on a comparative scale with subtractive manufacturing. This contribution is based on the use of modal methods in response to 'Low Velocity' stimuli applied by an impact hammer, and on a 'High Velocity' dynamic method studying the impact behavior of plates produced by additive (SLM) and subtractive processes

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Muller, Pierre. "Fabrication additive de pièces multimatériaux." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00918030.

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Abstract:

Les pièces multimatériaux à gradient fonctionnel (Functionally Graded Materials - FGM) sont des structures dont la composition et la microstructure du matériau changent graduellement à l'intérieur de la pièce. Cette distribution des matériaux permet de réaliser des gradients de propriétés au niveau mécanique, physique, chimique, etc. Les domaines d'application sont nombreux pour ces pièces, en particulier l'aérospatial et le biomédical mais également l'électronique, l'énergie nucléaire, la production d'outillage, le design, etc. L'utilisation des procédés innovants tels que les procédés de fabrication additive est indispensable pour la réalisation de pièces multimatériaux complexes. Bien que ces procédés aient les caractéristiques attendues pour la réalisation de pièces multimatériaux, on constate qu'aucune pièce fonctionnelle n'a encore été fabriquée à ce jour. Pour permettre la fabrication de pièces fonctionnelles, il est indispensable de proposer une méthodologie de fabrication complète permettant de passer de l'objet imaginé par le concepteur à la fabrication. Cette méthodologie doit comporter les étapes suivantes : description de la pièce à fabriquer, détermination d'une stratégie de fabrication adaptée et génération des instructions de fabrication. Parmi les étapes du processus de fabrication, celle de choix d'une stratégie de fabrication occupe une place importante. En effet, les caractéristiques de pièces - géométrie et répartition des matériaux - sont fortement dépendantes de la stratégie de fabrication choisie. Les travaux de thèse portent principalement sur les méthodes mises en place pour la détermination de trajectoires appropriées à la fabrication des pièces multimatériaux. Ces méthodes reposent sur la modélisation du procédé nécessaire à l'évaluation des stratégies et une optimisation du procédé permettant de diminuer les différences entre la répartition des matériaux souhaitée et celle fabriquée. Une des méthodes proposées permet d'obtenir automatiquement des trajectoires parfaitement adaptées aux pièces multimatériaux et repose sur la modélisation et l'optimisation du procédé. Ces travaux sont intégrés dans une méthodologie de fabrication de pièces multimatériaux. De plus, une maquette informatique a été développée pour mettre en avant les possibilités d'utilisation de cette méthodologie.

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Antomarchi, Anne-Lise. "Conception et pilotage d'un atelier intégrant la fabrication additive." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC035/document.

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Abstract:

La fabrication additive est un domaine en plein essor. Cependant, les industriels sont aujourd’hui dans une phase d’interrogation sur l’utilisation de ce procédé dans le cadre d’une production de masse. La problématique posée dans le cadre de ces travaux de recherche est : Comment rendre viable, industriellement, le procédé de fusion sur lit de poudre ? Nos travaux abordent la conception et le pilotage d’ateliers intégrant la fabrication additive et le processus complet d’obtention de la pièce selon les trois niveaux de décision : stratégique, tactique et opérationnel. D’un point du vue stratégique, des décisions fortes d’investissement, de sélection de machines et de choix d’organisation sont à prendre avec des enjeux économiques importants. L’objectif est de définir une méthode d’optimisation multicritère pour la conception modulaire d’un système de production intégrant la fabrication additive en présence de données incertaines, optimale sur le long terme et sur le court terme. D’un point de vue tactique, toutes les pièces ne sont pas forcément des candidates pertinentes pour la fabrication additive. Dans ces travaux, nous avons développé un outil d’aide à la décision qui évalue la pertinence ou non de la fabrication additive pour l’obtention des pièces dans une approche globale des coûts. Au niveau opérationnel, nous proposons un outil basé sur la simulation de flux qui permet de passer des commandes aux ordres de fabrication et leur ordonnancement de manière à garantir l’efficience de l’atelier. Ces travaux de recherche sont développés en lien avec des acteurs du monde industriel : AddUp, MBDA et Dassault qui alimentent nos travaux et nous permettent de confronter nos outils à une réalité industrielle
The additive manufacturing is a field on the rise. However, companies wonder about the use of additive manufacturing for mass production. The problem raised in the context of this thesis is: How to make the process of sintering laser melting industrially viable? Our work focuses on the design and on the management of workshops integrating the additive manufacturing and of the complete process to obtain part according to three levels of decision: strategic, tactic and operational. About the strategic level, strong decisions of investment, machines selection and organization choice are taken with important economic issues. The aim is to define a multicriteria optimization method for the modular design of a production system integrating the additive manufacturing in the presence of uncertain data, optimal in the long term and the short term. From a tactical point of view, not all parts are necessarily relevant candidates for additive manufacturing. In this work, we developed a decision support tool that evaluates the relevance or not of additive manufacturing to obtain parts in a global cost approach. At the operational level, we offer a tool based on flow simulation that allows orders to be placed to production orders and their scheduling in order to guarantee the efficiency of the workshop. This research work is developed in collaboration with companies: AddUp, MBDA and Dassault, who contribute to our work and enable us to compare our tools with an industrial reality

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Metral, Boris. "Systèmes photoamorceurs et modèle pour la fabrication additive par photopolymérisation." Thesis, Mulhouse, 2020. https://www.learning-center.uha.fr/.

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Abstract:

Les technologies de photopolymérisation en cuve émergent rapidement dans le domaine de la fabrication additive. Pour suivre cette expansion rapide du marché, des résines photosensibles très efficaces et abordables sont nécessaires. Dans ce travail, nous introduisons un nouveau système photoamorceur à trois composants (3K PIS) basé sur le colorant Safranine O (SFH+) qui a été identifié comme un composé très efficace dans plusieurs 3K PIS pour les processus de photopolymérisation.Le colorant est combiné avec un sel de tétraphénylborate (TPB) comme donneur d'électrons et un dérivé de la triazine (TA) comme accepteur d'électrons pour former un système photocyclique. Le mécanisme réactionnel est exploré par photolyse laser éclair (LFP) et la photopolymérisation est étudiée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en temps réel (RT-FTIR). Des expériences infrarouges avec plusieurs irradiances permettent de créer un modèle empirique prédisant la conversion en fonction du temps et de l'intensité lumineuse.Ensuite, des expériences de profondeur de polymérisation sont menées suivant l'équation de Jacobs, permettant d’obtenir les paramètres d'impression3D de la résine ; à savoir l'énergie critique (Ec) et la profondeur de pénétration (Dp). Ces paramètres sont reliés aux analyses RT-FTIR, ce qui permet de déterminer le temps critique (tc) et la conversion au point de gel.Enfin, des pièces complexes de haute résolution sont imprimées avec la résine dont la composition a été sélectionnée en fonction de nos résultats, démontrant la viabilité de cette formulation pour l'impression 3D DLP
Vat photopolymerization technologies are emerging quickly in the field of additive manufacturing. To follow this fast expansion of the market, highly efficient and affordable photosensitive resins are necessary. In this work, we introduce a new three-component phototiniating system (3K PIS) based on the Safranine O (SFH+) dye which has been identified as a very efficient initiator in several 3K PIS for photopolymerization processes.The dye is combined with a Tetraphenylborate salt (TPB) as electron donor and a Triazine derivative (TA) as electron acceptor to form a photochemical regenerating cycle. The photocycling mechanism is explored via laser flash photolysis (LFP) and the photopolymerization is investigated through Real-Time-Fourier Transform Infrared spectroscopy (RT-FTIR). Infrared experiments with several irradiances allow disclosure of an empirical model predicting conversion as a function of time and light intensity.Following this, cure depth experiments are conducted in agreement with Jacobs’ equation and the resin 3D printing parameters, i.e. critical energy (Ec) and penetration depth (Dp), are established. These parameters are linked to RT-FTIR data, resulting in the determination of the critical time (tc) and the conversion at gel point.Finally, high resolution complex pieces are printed with the resin which composition was tailored in accordance with our studies, demonstrating the viability of this formulation in DLP 3D printing

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Heisel, Cyprien. "Conception et réalisation, par fabrication additive, de matériaux cellulaires architecturés." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0046/document.

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Abstract:

La démarche « matériaux numériques », développée au CEA Le Ripaut, consiste à optimiser numériquement une structure, à l’aide de codes de calcul permettant de réaliser des expériences numériques, afin de répondre le plus précisément possible à un cahier des charges. La mise en œuvre de ces structures optimisées, aux formes pouvant être complexes, n’est parfois pas réalisable avec les procédés de fabrication actuels. Cependant, la progression rapide de l’impression 3D semble maintenant pouvoir concrétiser cette démarche. Le but de cette thèse est d’étudier cette faisabilité de fabrication, à travers une application concrète : l’optimisation des récepteurs volumétriques des Centrales Solaires Thermodynamiques (CST).Actuellement, la conception de ces récepteurs en Carbure de Silicium (SiC) est restreinte par les techniques existantes de fabrication, et leurs morphologies se limitent donc principalement à des mousses ou des canaux parallèles. Or, ce type de structure ne permet pas d’exploiter tout le caractère 3D proposé par les récepteurs, en raison notamment d’une absorption trop hétérogène du rayonnement solaire dans le volume. Dans ce travail de thèse, afin de rechercher la répartition de l’absorption la plus homogène possible dans l’ensemble du volume, de nombreuses structures aux formes variées sont générées virtuellement. Une simulation de l’éclairement solaire reçu est réalisée sur l’ensemble de ces structures, grâce à un code de calcul développé spécialement pour cette application, permettant ainsi d’en retenir trois répondants au mieux aux critères du cahier des charges. Ces structures potentiellement optimisées ont ensuite été fabriquées en SiC par impression 3D, par un procédé de projection de liant sur lit de poudre. Elles ont été ensuite testées sur un banc d’essai expérimental du laboratoire PROMES, reproduisant les conditions d’une CST. Les résultats ont montrés que ces structures, aux formes totalement différentes de mousses ou de canaux parallèles, sont capables de produire au maximum de l’air à 860°C en sortie de récepteur, et avec des rendements énergétiques proches de 0,65. Enfin, un code de calcul thermique couplé conducto-radiatif, amélioré durant ce travail, a permis d’analyser ces résultats expérimentaux et servira pour les futurs travaux d’optimisation de la géométrie d’un récepteur
The "numerical materials" approach, developed at CEA Le Ripaut, consists to numerically optimize a structure, by using calculation codes that allow to realize numerical experiments, in order to answer, as precisely as possible, to a set of specifications. The manufacturing of these optimized structures, whose shapes can be complex, is sometimes not feasible with current manufacturing processes. However, the rapid progress of 3D printing now seems to be able to concretize this approach. The aim of this thesis is to study this manufacturing feasibility, through a concrete application: the optimization of the volumetric receivers of Concentrated Solar Power Plants (CSP). Currently, the design of these silicon carbide (SiC) receptors is restricted by the existing manufacturing techniques, and their morphologies are therefore mainly limited to foams or parallel channels. However, this type of structure does not allow to exploit all the 3D character proposed by the receivers, due in particular to a heterogeneous absorption of solar radiation in the volume. In this work, in order to find the distribution of the most homogeneous absorption possible in the whole volume, many structures with various shapes are generated virtually. A simulation of the solar irradiance received is carried out on all these structures, thanks to a calculation code developed especially for this application, thus allowing to choose three of them, respondents at best to the criteria of the specifications. These potentially optimized structures were then manufactured in SiC by 3D printing, by a binder jetting process. They were then tested on an experimental test bench of the PROMES laboratory, reproducing the conditions of a CSP. Results showed that these structures, where their shapes are totally different from foams or parallel channels, are able to produce a maximum air temperature of 860°C at the output of the receiver, and with efficiencies close to 0.65. Finally, a conducto-radiative coupled thermal computational code, improved during this work, made it possible to analyze these experimental results and will be used for the future work of optimization of the geometry of a receiver

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Rias, Anne-Lise. "créativité par et pour la fabrication additive : proposition d'une méthodologie outillée." Thesis, Paris, ENSAM, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0030.

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Abstract:

Accompagner l’intégration de la fabrication additive dans les grands groupes donneurs d’ordres devient crucial pour les sous-traitants. L’enseignement actuel des procédés et des règles de conception, limité à une vision techno-centrée, ne suffit pas pour projeter ses futures applications dans diverses industries telles que l’aéronautique, l’énergie, le médical, etc... D’un côté, les travaux sur la fabrication additive et les observations de terrain indiquent que les connaissances sur ses procédés, les matériaux et leur mise en œuvre sont régulièrement enrichies. D’un autre côté, les travaux de recherche en créativité montrent qu’il est possible de stimuler la capacité créative des individus pour les guider dans la génération d’idées et de concepts créatifs. Cette thèse explore alors un rapprochement possible entre créativité et fabrication additive, dans la perspective de proposer une méthode de créativité et des outils d’applications spécifiques au paradigme additif. Cette liaison vise à mettre en évidence des moyens de stimuler la créativité, dans le contexte spécifique de la fabrication additive. Cette approche a permis de faire émerger le rôle prépondérant des objets intermédiaires qui articulent les interactions entre plusieurs dimensions de la capacité créative : les motivations, les émotions, l’exploration des connaissances, l’alternance individu/collectif et l’organisation spatiale. Elle a aussi fait émerger le besoin de redéfinir les rôles de ces objets intermédiaires au regard de la fabrication additive. En ce sens, deux dispositifs opérationnels de stimulation, basés sur la manipulation d’objets tangibles, ont été conçus puis testés dans des contextes industriels. Les résultats expérimentaux montrent que l’exploration des connaissances matérialisées par ces dispositifs favorise la génération d’idées créatives qui peuvent ouvrir à de futures applications de la fabrication additive. Finalement, une méthode de Créativité par et pour la fabrication additive est proposée. Elle permet d’enrichir à la fois les pratiques méthodologiques des sciences de la conception et les pratiques opérationnelles sur deux terrains : celui de l’industrie de la fabrication additive et celui de l’innovation
Emphasizing the integration of Additive Manufacturing (AM) into big industrial companies becomes crucial for subcontractors. Teaching additive processes and design rules is a techno-centric vision. It is not sufficient to project future applications of additive manufacturing in various industries such as aeronautics, energy, medical, etc. On one hand, the state of the art and field observations show that AM knowledge is steadily increasing. On the other hand, the state of the art about creativity shows that individuals creative capacity can be stimulated to guide them to the generation of creative ideas and concepts. This thesis then explores a possible linking between AM and creativity in order to propose a methodology and its application tools to stimulate creativity, in the specific context of additive manufacturing. This approach allowed us to bring out the major role of intermediate objects which articulate the interactions between several dimensions of the creative capacity: motivations, emotions, knowledge exploration, individual/collective work phases and spatial organization. It also highlighted the need for a new definition of intermediate objects’ roles regarding additive manufacturing. In this sense, we designed two operational devices, based on sensory manipulation of tangible objects, and tested them in real industrial contexts. Our experimental results show that the exploration of the knowledge embodied in these devices emphasizes the generation of creative ideas opening to potential applications of additive manufacturing. Finally, a model of Creativity Through Additive Manufacturing (CTAM) has been proposed. It enables us to contribute both to the methodological practices of design science and operational practices in two fields: the additive manufacturing industry and the field of innovation

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Andreau, Olivier. "Nocivité en fatigue et contrôle de défauts produits par fabrication additive." Thesis, Paris, ENSAM, 2019. http://www.theses.fr/2019ENAM0037.

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Abstract:

Le procédé de fusion laser sélective de lit de poudre, également appelé SLM, permet de fabriquer des pièces métalliques en fusionnant des couches de poudre. Cette méthode novatrice donne accès à un large éventail de pièces aux géométries complexes, permettant notamment d’alléger les structures. Toutefois, la bonne tenue mécanique de ce type de pièces, en particulier dans le domaine de la fatigue, reste un enjeu industriel majeur. Les pièces élaborées par SLM peuvent en effet contenir des pores (débouchants ou internes) pouvant détériorer leurs propriétés mécaniques. Les travaux réalisés ont pour but de caractériser l’influence de défauts poreux sur l’endurance en fatigue à grand nombre de cycles de pièces en acier 316L fabriquées par SLM, et s’articulent autour de trois parties. La première consiste à identifier les paramètres de fabrication SLM contrôlant la densification et la microstructure des pièces. Une distinction sera faite entre les différents types de pores créés, dont la morphologie et les dimensions dépendent des conditions énergétiques de l’interaction laser-matière. Les pores créés seront mis en perspective par la microstructure du matériau brut, dont l’orientation cristallographique et la taille de grain est principalement reliée au recouvrement et la morphologie des cordons. Le deuxième aspect des travaux a consisté à utiliser les résultats de la recherche paramétrique pour générer des éprouvettes de fatigue contenant différentes populations de défauts aléatoires (stochastiques) internes observées en tomographie à rayons X, tout en conservant des microstructures similaires. L’influence relative des populations de défauts internes créées sur l’endurance en fatigue est quantifiée et comparée à la tenue d’éprouvettes optimisées contenant un taux de porosité minimal. Enfin, des défauts modèles internes (déterministes) aux dimensions variables, et dont la position et la morphologie sont contrôlées, ont été générés après optimisation paramétrique dans des pièces denses. Un seuil d’amorçage sur défaut interne par rapport aux défauts de surface a ainsi pu être dégagé, et pourrait être lié à l’environnement gazeux local lors de l’amorçage et la propagation de la fissure
The Selective Laser Melting Process (SLM) consists in manufacturing metallic parts by melting successive powders layers. This new additive manufacturing method allows building new complex geometries that can help lighten structures, such as lattice parts. However, the mechanical properties of additive manufacturing parts are still an industrial concern, especially for high cycle fatigue behavior. Such parts can indeed comprise surface and internal pores that can be deleterious to mechanical properties. The goal of this thesis is to characterize the influence of porous defects on the high cycle fatigue fatigue performance of 316L SLM parts. Firstly, some key SLM parameters that can control the porosity and the microstructure of fabricated parts were quantified. A distinction between the pore types was proposed, and their characteristics were related to the volumetric energy density delivered by the laser. The microstructure was also investigated, with a focus on crystallographic orientation and grain size, depending on the melt pool overlap and morphology. Secondly, using X-ray tomography, a parametric research was conducted to generate and characterize optimized fatigue samples with a minimal amount of pores. Such samples were used as a reference for other fatigue samples containing various randomly distributed pore populations, with similar microstructures. The relative influence of different internal pore populations on the high cycle fatigue endurance was quantified, for similar surface pore population. Finally, deterministic pores with controlled morphology, position and various dimensions were generated after a detailed parametric optimization. A specific internal crack initiation threshold was evidenced for deterministic defects, which was supposed to be linked to the local gaseous environment during crack initiation and propagation

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Robert, Pascal. "Conception et fabrication de pièces métalliques intelligentes par procédé WAAM." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2022. http://www.theses.fr/2022GRALI055.

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Abstract:

L’industrie 4.0 a mis en évidence la nécessité de collecter massivement des données et s’appuie donc en partie sur l’usage de pièces intelligentes qui sont capables de fournir des données lors de leur utilisation. De plus, les technologies de fabrication additive métallique semblent être un moyen de réaliser aisément des pièces intelligentes et particulièrement le procédé Wire & Arc Additive Manufacturing (WAAM) qui utilise une technologie de soudure à l’arc. Cela lève la problématique suivante : Comment fabriquer et concevoir une pièce métallique intelligente par fabrication additive WAAM ? Le périmètre de recherche est limité à la mesure de contraintes dans des pièces en aluminium. Afin de répondre à cette problématique quatre verrous scientifiques sont identifiées et résolus dans ce manuscrit :• L’intégration d’une technologie de mesure au sein d’une pièce nécessite que celle-ci soit massive (composée de cordons juxtaposés). Ainsi, réaliser des pièces massives en aluminium est donc le premier verrou à lever. Les paramètres de fabrication du procédé WAAM sont listés et expliqués dans l’état de l’art. Le mouillage, la régularité et l’énergie massique d’un cordon sont identifiés comme des indicateurs de l’aptitude des paramètres sélectionnés à être utilisés pour produire des pièces massives saines. Des campagnes expérimentales sont menées pour sélectionner les paramètres non identifiés par l’état de l’art pour produire un cordon mouillé et ayant une faible énergie massique. Des blocs sont réalisés et des éprouvettes en sont extraites puis leurs caractéristiques mécaniques sont déterminées par essai de traction afin de valider les paramètres retenus.• Le deuxième verrou scientifique identifié est de choisir correctement la technologie de mesure de contrainte à insérer. De nombreux dispositifs pouvant être insérés au cours du procédé WAAM mais également des méthodes de sélection sont passés en revue dans le chapitre bibliographique. Une synthèse en quatre familles des technologies de mesure de contrainte pertinentes pour l’insertion au cours du procédé WAAM est donc proposée. Un guide de sélection s’appuyant sur des critères d’évaluation, sur la connaissance de ces technologies et sur les spécifications de pièces à rendre intelligente est proposé. Le suivi d’un témoin de contrainte magnétostrictif enfoui par induction est la technologie la plus prometteuse d’après le guide proposé. Cette technologie est utilisée dans la suite de l’étude.• Le troisième verrou est de rendre fabricable la pièce intelligente avec la technologie de mesure sélectionnée. Cette technologie nécessite l’insertion d’un témoin fin en acier au sein de la pièce hôte en aluminium. Afin d’en démontrer la faisabilité, divers paramètres (revêtement du témoin, trajectoire de la torche de soudure) sont explorés lors de campagnes expérimentales. Les échantillons produits sont analysés par tomographie. Des cartes d’épaisseur des témoins sont ainsi produites et permettent de juger de leur détérioration. L’analyse par microscopie électronique à balayage de la couche intermétallique montre la fusion entre le témoin et la pièce hôte et donc la faisabilité de réaliser une pièce intelligente ainsi.• Enfin, pour réaliser une pièce intelligente avec cette technologie, le dernier verrou est le choix de l’emplacement du témoin dans la pièce pour que celui-ci rende compte de l’évolution de l’état de contrainte de celle-ci. Ainsi, des préconisations pour la sélection des caractéristiques mécaniques du témoin ont été formulées à l’aide de l’analyse de son comportement magnétostrictif et de son couplage mécanique à son environnement. Puis, une méthode de placement du témoin pour la mesure de la contrainte maximale dans la pièce et basée sur des simulations éléments finis est proposée pour quatre scénarios de mesures distincts.L’ensemble des études menées permet de conclure sur l’intérêt de l’usage du procédé WAAM pour la production de pièces intelligentes
Industry 4.0 highlights the need for massive data collection and therefore relies partly on the use of smart parts that are capable of providing data when they are used. In addition, metal additive manufacturing technologies seem to be a way to easily make smart parts and particularly the Wire & Arc Additive Manufacturing (WAAM) process that uses arc-welding technology. This raises the following issue, how to manufacture and design a smart metal part by WAAM? The research scope is limited to stress measurement in aluminum parts. In order to answer this problem, four scientific issues are identified and resolved in this manuscript:• The integration of a sensing technology within a part requires the part to be massive (composed of juxtaposed beads). Thus, making massive parts in aluminum is the first scientific challenge to resolve. Manufacturing parameters of the WAAM process are listed and explained in the state of the art. Wetting, regularity and mass energy of a bead are identified as indicators of the suitability of the selected parameters to be used to produce sound massive parts. Experimental campaigns are conducted to select parameters not identified by the state of the art to produce a wetted bead with low mass energy. Blocks are made and specimens are extracted then their mechanical characteristics are determined by tensile test in order to validate the selected parameters.• The second scientific challenge identified is to correctly choose the stress measurement technology to be inserted. Many devices that can be inserted during the WAAM process but also selection methods are reviewed in the bibliographic chapter. A synthesis in four families of strain measurement technologies relevant for the insertion during the WAAM process is therefore proposed. A selection guide based on evaluation criteria, on the knowledge of these technologies and on the specifications of parts to design as smart parts is proposed. Control by induction of an embedded magnetostrictive stress indicator is the most promising technology according to the proposed guide. This technology is used in the rest of the study.• The third challenge is to make the smart part manufacturable with the selected sensing technology. This technology requires the insertion of a thin steel indicator within the aluminum host part. In order to demonstrate its feasibility, various parameters (indicator’s coating, trajectory of the welding torch) are explored during experimental campaigns. Samples produced are analyzed by tomography. Thickness maps of the indicator are thus produced and allow to evaluate their deterioration. Scanning electron microscopy analysis of the intermetallic layer shows the fusion between the indicator and the host part and thus the feasibility of producing a smart part.• Finally, to realize a smart part with this technology, the last challenge is the choice of the indicator location in the part so that it reports the evolution of the stress in this one. Thus, recommendations for the selection of the mechanical characteristics of the indicator were formulated using the analysis of its magnetostrictive behavior and its mechanical coupling to its environment. Then, a method of placing the indicator for the measurement of the part maximum stress based on finite element simulations is presented for four distinct measurement scenarios.All the studies carried out allow to conclude on the interest of the use of the WAAM process for the production of smart parts

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Grandvallet, Christelle. "Elicitation et structuration des connaissances dans le contexte de la Fabrication Additive." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI071.

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Abstract:

Ce travail contribue à proposer des méthodes et outils de gestion des connaissances (Knowledge Management) propres au domaine de la Fabrication Additive (FA). Le modèle KAM(Knowledge Aided Manufacturing) permet de représenter visuellement les états et actions en lien avec les activités spécifiques à la Fabrication Additive. Il inclut plusieurs types d’objets de connaissance dont le niveau de maturité dépend du degré de certitude ou conviction des experts FA interrogés individuellement et/ou collectivement.Plusieurs techniques et outils d’élicitation personnalisés sont testés puis éprouvés auprès de chercheurs et d’experts industriels impliqués dans la fabrication EBM. L’analyse en termes de connaissances procédurales et déclaratives qui en résulte permet une classification puis une structuration dans le KAM. Ceci nous amène à construire une ontologie sous forme de graphe conceptuel dont la dynamique varie en fonction de contraintes contextuelles (influences, règles d’état, lois) imposées par l’état du monde et de règles d’action dictées par le processus de FA à suivre.Ces éléments de connaissance ont pour but d’aider un utilisateur de FAAO (Fabrication Additive Assistée par Ordinateur) à : mieux appréhender le monde de la FA et en apprendre les principaux concepts ; simuler des actions et en évaluer les impacts en termes de valeur QCT (Qualité, Coût, Temps); décider et agir en conséquence avant de lancer une fabrication
Additive Manufacturing (AM) has enabled the building of parts with new shapes and geometrical features. As this technology modifies the practices, new knowledge is required for designing and manufacturing properly. To help experts create and share this knowledge through formalization, this research work focuses on knowledge elicitation, analysis and structuring. After defining knowledge concepts we present the SoA in knowledge elicitation and classification. Three case studies present different approaches to capture AM knowledge. The first one points out the assets and limits of three individual elicitation techniques. The second one describes tools and techniques to elicit and structure knowledge about support structures for EBM parts. The last one proposes a method to model AM process rules in relation with EBM technology. As a conclusion, we provide some propositions and recommendations for a better elicitation and formalization of AM knowledge

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Douellou, Corentin. "Fatigue des aciers élaborés par fabrication additive L-PBF : approche thermomécanique et comparaison de stratégies de fabrication." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2020. http://www.theses.fr/2020CLFAC019.

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Abstract:

La thèse de doctorat porte sur les performances en fatigue des aciers fabriqués par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF). L'objectif de l'étude est de développer une méthode pour la caractérisation rapide et fiable de la limite de fatigue d’un matériau en utilisant la thermographie infrarouge (IR). Des essais préliminaires de fatigue conventionnelle ont été effectués, révélant deux populations distinctes parmi les éprouvettes fabriquées selon leur emplacement sur le plateau de fabrication. Ensuite, des tests de fatigue instrumentés par caméra IR ont été traités en utilisant la technique de reconstruction de la source de chaleur pour mesurer la dissipation mécanique due aux dommages causés par la fatigue. Un modèle statistique a ensuite été proposé pour identifier la limite de fatigue du matériau. Enfin, une application pratique a été réalisée pour comparer différentes stratégies de fabrication utilisant la même poudre d'acier maraging, ainsi que différents aciers (maraging, L40 et W360). Les résultats ouvrent des perspectives pour l'optimisation rapide du processus d'impression vis-à-vis des performances de fatigue des pièces produites
The PhD thesis deals with the fatigue performance of steels manufactured by Powder Bed Fusion using a laser beam (L-PBF). The objective of the study is to develop a method for the rapid and reliable characterization of the produced material’s fatigue limit using infrared (IR) thermography. Preliminary conventional fatigue tests were performed, revealing two distinct populations among the printed specimens depending on their locations on the building plate. Next, fatigue tests instrumented by IR camera were processed using heat source reconstruction to measure the mechanical dissipation due to fatigue damage. A statistical model was then proposed to identify the fatigue limit of the material. Finally, a practical application was performed to compare different manufacturing strategies using the same powder of maraging steel, as well different steels (maraging, L40 and W360). The results open perspectives for the rapid optimization of the printing process with respect to the fatigue performance of the parts produced

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Parrot, Jérôme. "W.A.M, Wire Additive Manufacturing : champs des possibles et utilisation raisonnée." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0047/document.

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Abstract:

Dans la Fabrication Additive (FA), les objets en trois dimensions sont créés couche par couche en joignant chaque couche à la précédente. Pour les pièces métalliques, il existe trois méthodes principales : le lit de poudre, le dépôt de poudre et le dépôt de fil. Ce dernier utilise de manière optimale le matériau contrairement aux autres procédés, ce qui le rend très intéressant industriellement. En effet, avec la poudre, le rapport entre la poudre utilisée et la poudre fondue n’est pas égal à un, en opposition à l’utilisation de fil. Afin de garantir la bonne fusion du métal, plusieurs méthodes existent déjà, notamment l’utilisation de lasers ou d’arcs électriques. Ce manuscrit présente une nouvelle approche de dépôt de fil utilisant l’énergie inductive pour les applications de fabrication additive (WIAM). Cette approche ne fait pas appel à un stockage du matériau fondu. Au lieu de cela, la pointe d’un fil métallique est fondue par un système de chauffage par induction. L’énergie inductive est également utilisée pour obtenir un gradient thermique optimal entre l’extrémité du fil et le substrat ou la couche précédente. Les travaux de thèse concernent le développement de cette approche par un modèle numérique et sa validation expérimentale. Il est montré que le système de chauffage par induction est capable de faire fondre la pointe du fil et de chauffer le substrat pour créer un dépôt approprié. La microstructure après dépôt de fabrication additive pour un matériau en acier inoxydable a été étudiée. Ces résultats ont été comparés avec la méthode WAM. On montre que le système de chauffage par induction donne une microstructure à très faible porosité et une microstructure sans changement soudain de composition. Ces résultats préliminaires indiquent que la fabrication additive par fil métallique avec induction (WIAM) est susceptible de constituer un processus approprié pour la FA, mais qu’elle doit encore être développée
In Additive Manufacturing (AM), three dimensionalobjects are built layer by layer by joining each layer to the previous one. For metal parts, there are three main methods: powder bed, powder depositionand wire deposition. This latter makes optimal use of the material in contrast to other processes, which makes it very interesting industrially. Indeed, with powder,the ratio between powder used and powder meltedis not equal to one, in opposition of the use of wire. In order to ensure the proper melting of the metal, several methods already exist, including the use of lasers or electric arc. This manuscript presents a novel approach of wire deposition using inductive energy for additive manufacturing applications (WIAM). This approach does not make use of a storage of the molten material. Instead, the tip of a metal wire is melted by an induction heating system. Inductive energy is also used to obtain an optimal thermal gradient between the tip of the wire and the substrate or previous layer. Thesis work concerns the development of this approach by a numerical model, and its experimental validation. It shows that the induction heating system is able to melt the tip of the wire and heat the substrate to create suitable deposition. The microstructure of additive manufacturing stainless steel has been studied. These results have been compared with WAM method. It is shown that the induction heating system gives a microstructure with very low porosities and a microstructure without a sudden change of composition. These preliminary results indicate that Wire Induction Additive Manufacturing (WIAM) is likely to a suitable process for AM but it still needs to be developed

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Nguyen, Kim Thanh. "Optimisation et conception d’une prothèse de membre inférieur : matériaux, simulations et prototypage." Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPAST046.

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Abstract:

Il est proposé dans ce travail de doctorat de développer une conception optimale adaptée à la fabrication additive, y compris en utilisant des matériaux composites et en développant des méthodes pour caractériser les matériaux/structures réalisés (banc de test, simulation éléments finis). Ce travail pourra alors être appliqué pour concevoir une prothèse pour membre inférieur, répondant aux exigences en termes de résistance des matériaux et de compatibilité/interaction avec l'humain. Les simulations éléments finis seront réalisées pour améliorer la conception et tester la structure sous différents cas de charge.Les travaux reposent sur des simulations numériques mais aussi sur des expériences. Aujourd'hui, les simulations numériques se sont fortement développées parallèlement à la fabrication additive et à la science des matériaux. Ces nouvelles méthodes permettent d’innover dans la domaine de la conception des prothèses. Par exemple, la combinaison de la simulation numérique et de l'optimisation associée à l’utilisation de matériaux innovants, peut permettre de concevoir des systèmes prosthétiques avec les propriétés souhaitées pour recouvrir les fonctions dégradées du patient.Des travaux expérimentaux sont menés afin d'identifier l'interaction entre l'emboîture prothétique et le moignon. La pression de contact de la souche et la contrainte de la douille sont mesurées à l’aide du circuit électronique. L'emboîture prothétique est fabriquée en utilisant une technique de fabrication additive. Le modèle du moignon est également conçu et fabriqué sur la base de la fabrication additive. Une couche de silicone de 1 cm d'épaisseur est placée sur la surface externe du modèle de moignon pour reproduire la peau humaine
It is proposed in this PhD work to develop an optimal design of a prosthetic part suitable for additive fabrication, based on material engineering and structural design, as well as manufacturing and testing/characterization. The objective is to find a way to obtain a functional prosthesis satisfying all the operational requirements in terms of material strength and human/structure matching. Finite element-based simulations will also be carried out to help in the design process.The work focuses first on numerical simulations than on experiments. Today, numerical simulations have developed strongly alongside additive manufacturing and materials science. These new methods make it possible to innovate in the field of prosthesis design. For example, the combination of numerical simulation and optimization associated with the use of innovative materials, allow designing prosthetic systems with the desired properties to cover the degraded functions of the patient.Experimental work is carried out to identify the interaction between the prosthetic socket and the stump. The stump’s contact pressure and the socket’s stress are measured by using the electronic circuit. The prosthetic socket is fabricated by using additive manufacturing technique. The stump model is also designed and manufactured based on additive fabrication and a 1cm-silicone layer is added on the outer surface of the stump.Keyword: FE Simulation, Additive Fabrication, Composites, Optimization

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Constantin, Loic. "Fabrication additive assisté laser de matériaux composites 3D et revêtement diamant par CVD." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0066.

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Abstract:

L'augmentation constante de la fréquence de travail des dispositifs à base de semi-conducteurs avec leur miniaturisation a conduit à une surchauffe sévère, qui affecte leur durée de vie et leur fiabilité. Par conséquent, la gestion thermique est devenue une préoccupation importante dans le domaine microélectronique et doit être abordée. Le diamant (D) est connu pour être un excellent matériau pour la dissipation thermique car il possède l'une des conductivités thermiques les plus élevées de tous les matériaux naturels et possède une résistivité électrique élevée. D peut refroidir les puces électroniques de deux manières. Lorsqu'il est utilisé sous forme de film, D agit comme un diffuseur de chaleur. Lorsqu'ils sont utilisés sous forme de poudre, les Ds peuvent être introduits dans les métaux pour améliorer leur conductivités thermiques (TC) et apporter une stabilité dimensionnelle à des températures élevées. Les matériaux composites métal / D résultants sont ainsi d'excellents composants pour former des dissipateurs thermiques. Naturellement, les performances thermiques des dissipateurs thermiques sont étroitement liées à leur surface. Malgré l'attrait des matériaux à base de D en termes de performances thermiques, ils présentent souvent une géométrie simple, principalement en raison de la complexité d’usiner des matériaux à base de D dans des formes complexes. L'impression laser 3D est une méthode émergente de fabrication de géométrie sophistiquées et a donné des résultats prometteurs pour divers métaux et alliages. Dans cette étude, l'impression 3D laser de matériaux composites cuivre / D est proposée pour fabriquer des structures complexes de Cu / D qui pourraient remodeler leurs applications. Avant de fabriquer des matériaux composites Cu / D de manière additive, plusieurs défis doivent être relevés. Premièrement, la fabrication additive de Cu pur est optimisée et caractérisée. Puis, faute d'une affinité chimique entre Cu et D, une interphase est introduite dans le matériau composite. Plus tard, un procédé de revêtement de sel fondu est étudié pour produire un revêtement gradué et multicouche d'oxyde / carbure et de carbure / carbure, respectivement, sur des matériaux carbones. Ensuite, la fabrication additive de structures composites Cu / D est présentée. Enfin, le dépôt des films D est réalisé avec une flamme oxyacétylénique assistée laser. Les effets de l'introduction de lasers ultraviolets dans la flamme sont caractérisés en termes de réaction chimique, de qualité du film D et de taux de croissance
The constant increase of the working frequency of semiconductor-based devices with their miniaturization led to severe overheating, which affect their lifetime and reliability. Hence, thermal management has become a significant concern for the microelectronic area and needs to be addressed. Diamond (D) is known to be an excellent material for thermal dissipation as it possesses one of the highest thermal conductivity (TC) of any natural material and has a high electrical resistivity. D can cool electronic chips in two ways. When used in the form of a film, D acts as a heat spreader. When utilized in powder-form, Ds can be introduced into metals to enhance their TC and bring dimensional stability at elevated temperatures. The resulting metal/D composite materials are thus, excellent component to form heat sinks. Naturally, the thermal performances of heat sinks are closely related to their surface area. Although the attractiveness of D-based materials in term of thermal performance, they often exhibit simple geometry mostly due to the complexity of machining D-based materials into intricated designs. Laser 3D printing is an emerging method of manufacturing sophisticated designs and has shown promising results for various metal and alloys. In this study, the laser 3D printing of copper/D composite materials is proposed to fabricate highly complex Cu/D structures which could remodel their applications. Before additively manufactured Cu/D composite materials, several challenges need to be addressed. First, the additive manufacturing of pure Cu is optimized and characterized. Then, due to a lack of a chemical affinity between Cu and D, the Cu-D interfacial zone is introduced in the composite material. Later, a molten salt coating process is studied to produced graded and multilayer coating of oxide/carbide and carbide/carbide, respectively, on carbon materials. Next, the additive manufacturing of highly sophisticated Cu/D composite structures is presented. Finally, the deposition of D films is performed by laser-assisted combustion flame. The effects of introducing ultraviolet lasers into the combustion flame are characterized in terms of chemical reaction and D film quality and growth rate

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Diourté, Adama. "Génération et optimisation de trajectoire dans la fabrication additive par soudage à l'arc." Thesis, Toulouse 3, 2021. http://www.theses.fr/2021TOU30213.

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La fabrication d'additive par arcs électriques (WAAM) est en train de devenir la principale technologie de Fabrication Additive (FA) utilisée pour produire des pièces à parois minces de taille moyenne à grande (Ordre de grandeur : 1 m) à un coût moindre. Pour fabriquer une pièce avec cette technologie, la stratégie de planification du trajet utilisée est la 2.5D. Cette stratégie consiste à découper un modèle 3D en différentes couches planes et parallèles les unes aux autres. L'utilisation de cette stratégie limite la complexité des topologies réalisables en WAAM, notamment celles présentant de grandes variations de courbure, et implique plusieurs départs/arrêt de l'arc lors de son passage d'une couche à l'autre. Ceci induit des phénomènes transitoires dans lesquels le contrôle de l'approvisionnement en énergie et en matière est complexe. Dans cette thèse, une nouvelle stratégie de fabrication visant à réduire au minimum les phases de démarrage et d'arrêt de l'arc est présentée. L'objectif de cette stratégie, appelée "Génération de Trajectoire Continue Tridimensionnelle" (GTCT), est de générer une trajectoire continue en forme de spirale pour des pièces minces en boucle fermée. Une vitesse de fil constante couplée à une vitesse de déplacement adaptative permet une modulation de la géométrie de dépôt qui assure un approvisionnement continu en énergie et en matière tout au long du processus de fabrication. L'utilisation de la stratégie 5 axes couplées à la GTCT permet la fabrication de pièces fermées avec une procédure pour déterminer la zone de fermeture optimale, et des pièces sur des substrats non-plans utiles pour ajouter des fonctionnalités à une structure existante. La fabrication de ces pièces avec la GTCT et plusieurs évaluations numériques ont montré la fiabilité de cette stratégie et sa capacité à produire de nouvelles formes complexes avec une bonne restitution géométrique, difficile ou impossible à atteindre aujourd'hui en 2.5D avec la technologie WAAM
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is becoming the primary Additive Manufacturing (AM) technology used to produce medium to large (order of magnitude: 1 m) thin-walled parts at lower cost. To manufacture a part with this technology, the path planning strategy used is 2.5D. This strategy consists in cutting a 3D model into different plane layers parallel to each other. The use of this strategy limits the complexity of the topologies achievable in WAAM, especially those with large variations in curvature. It also implies several start/stop of the arc during its passage from one layer to another, which induces transient phenomena in which the control of energy and material supply is complex. In this thesis, a new manufacturing strategy to reduce the arc start/stop phases to a single cycle is presented. The objective of this strategy, called "Continuous Three-dimensional Path Planning" (CTPP), is to generate a continuous spiral-shaped trajectory for thin parts in a closed loop. An adaptive wire speed coupled with a constant travel speed allows a modulation of the deposition geometry that ensures a continuous supply of energy and material throughout the manufacturing process. The use of the 5-axis strategy coupled with CTPP allows the manufacturing of closed parts with a procedure to determine the optimal closure zone and parts on non-planar substrates useful for adding functionality to an existing structure. Two geometries based on continuous manufacturing with WAAM technology are presented to validate this approach. The manufacturing of these parts with CTPP and several numerical evaluations have shown the reliability of this strategy and its ability to produce new complex shapes with good geometrical restitution, difficult or impossible to achieve today in 2.5D with WAAM technology

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Zouaoui, Marouene. "Etude numérique et caractérisations expérimentales d’un matériau architecturé issu de la fabrication additive." Thesis, Troyes, 2021. http://www.theses.fr/2021TROY0035.

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Une méthode de structuration des trajectoires par un dépôt de filament contrôlé en fabrication additive permet d’élaborer des matériaux architecturés capables de répondre à des fonctionnalités prédéfinies. Des études expérimentales antérieures dans le domaine de la rupture, reportent un gain de rigidité structurale et une augmentation de la ténacité grâce à cette structuration. Dans cette thèse, des essais de traction ont été menés avec différentes orientations de filament afin d’étudier leurs effets sur le comportement de la structure. Ils montrent que le comportement élastique du matériau architecturé est quasi isotrope. Cependant, une anisotropie prononcée est observée au niveau de sa limite élastique et sa résistance en traction. À la suite de cette première étape d’investigation, nous proposons un modèle par Éléments Finis basé sur l’attribution des repères locaux dans des éléments de maillage. Lors de cette recherche, le comportement mécanique a été modélisé avec une loi transverse isotrope dans le domaine élastique et une norme de Hill pour décrire son écoulement anisotrope. Un premier modèle numérique se montre capable de prédire le comportement en traction sans calculer l‘air gaps alors que celui-ci s’est avéré insuffisant pour prédire le gain de rigidité. Une analyse des trajectoires de dépôt et de leurs recouvrements permet d’expliquer leur influence sur la rigidité structurale à un niveau mésoscopique. Un dernier modèle numérique a été ainsi configuré afin de mieux simuler l’effet de la structuration sur le comportement mécanique
A trajectory structuring method in additive manufacturing makes it possible to develop architectured materials capable of responding to predefined functionalities. In this thesis, we are interested in the modeling of an architectured material obtained by fused filament fabrication. Previous experimental studies in the field of fracture report a gain in structural rigidity and an increase in fracture toughness thanks to this structuring method. Tensile tests were carried out with different filaments orientations in order to study the effect on the behavior of the structure. They show that the elastic behavior of the architectured material is quasi-isotropic. However, anisotropy is observed at its elastic limit and tensile strength. Following this first stage of investigation, we propose a first Finite Element model based on local references assignment in mesh elements. During this research, the mechanical behavior was modeled using a transverse isotropic law in the elastic domain and a Hill criterion to describe its anisotropic yielding. This model is proven able of simulating the tensile behavior without calculating the porosity nevertheless it is insufficient to predict the rigidity enhancement. An analysis of the deposition trajectories correlates the effect of the trajectories crossings on the structural rigidity at a mesoscopic scale. A last digital model was thus configured to incorporate the effect of the structured trajectories on the mechanical behavior

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Vaissier, Benjamin. "Modélisation avancée et optimisation polyfonctionnelle des supports pour les procédés de fabrication additive." Thesis, Paris, ENSAM, 2019. http://www.theses.fr/2019ENAM0063.

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Abstract:

Bien que les technologies de Fabrication Additive (FA) permettent la production de pièces complexes difficiles voire impossibles à réaliser via les procédés traditionnels, certaines contraintes de fabrication doivent être satisfaites. Ainsi, afin de pallier aux problèmes d'effondrement de matière ou de déformation géométrique inhérents à ces procédés, l'ajout de supports de fabrication est requis. L'ajout de ces structures, généralement retirées lors d'étapes manuelles de post-production, représente un coût non négligeable (matière utilisée, temps de génération numérique, production en machine et retrait en finition). Leur optimisation est donc primordiale pour assurer la conformité de la géométrie fabriquée vis-à -vis des exigences dimensionnelles, mais également pour réduire le coût de revient de la pièce finale. A la suite d'une analyse spécifique des différentes fonctions et problématiques associées aux supports de fabrication en FA, quatre axes principaux ont été identifiés et adressés dans ces travaux : (i) une optimisation par algorithme génétique a tout d'abord été étudiée afin de soutenir les zones en contre-dépouille grâce à des structures arborescentes, (ii) un modèle d'estimation des déformations de fabrication a ensuite été élaboré afin de générer des supports de rigidification d'épaisseur évolutive, (iii) une méthodologie de paramétrisation des structures lattices a été proposée afin de dissiper l' énergie accumulée dans les zones massives de la pièce, et enfin (iv) le développement d'une stratégie d'encodage exploitant les motifs de répétition présents dans les supports de fabrication a permis de réduire la taille de leurs fichiers de définition afin de fluidifier leur manipulation et leur traitement tout au long de la chaine de production de FA
Though Additive Manufacturing (AM) technologies are enabling the production of intricate parts difficult or even impossible to obtain through the use of traditional processes, some fabrication constraints must be met. Therefore, in order to solve the material collapsing issues and the geometrical deformation problems inherent to these processes, the addition of support structures is required. The addition of these structures, usually removed during manual post-production steps, are representing a great cost (material usage, time dedicated to their numerical generation, production and removal). Their optimization is thus essential to ensure the conformity of the fabricated geometry regarding the dimensional requirements, but also to reduce the overall cost of the final part. After a specific analysis of the various functions associated with support structures in AM, four main research axis have been identified and addressed in this thesis: (i) a genetic algorithm based optimization has first been studied to sustain overhang areas through the use of tree-like structures, (ii) a model estimating the deformations resulting from fabrication have been designed in order to generate stiffening structures with evolving thicknesses, (iii) a parametrization framework of lattice structures have been proposed to dissipate the energy accumulated in heat confining regions of the part, and finally (iv) the development of an encoding strategy exploiting the repetition patterns existing in the support structures have permitted to reduce the size of their definition files in order to fluidify their manipulation and treatment throughout the AM production process

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Kovaleva, Irina. "Simulation numérique des procédés de fabrication additive: projection laser et fusion laser sélective." Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne), 2015. http://www.theses.fr/2015ENISE031.

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Abstract:

Le travail est consacrée au développement des méthodes de modélisation mathématique d’interaction du laser avec les matières et avec les milieux poreux, appliquées aux technologies de fabrication additive des pièces tridimensionnelles. Le procédé de projection laser souffre des instabilités et des défauts des pièces et des revêtements obtenus telle que la fissuration, la liquation, les contraintes résiduelles, etc. A l’heure actuelle, la théorie générale de ce procédé n’existe pas. Un grand nombre des paramètres influence sur la projection laser, telles que les paramètres laser (la puissance, le diamètre du faisceau, la vitesse de balayage, etc. ), les paramètres de la poudre et ceux de l’écoulement de gaz. C’est pourquoi la recherche expérimentale des régimes technologiques optimaux devient un problème compliqué. L’actualité du travail est dans la nécessité de réaliser des calculs et pronostics des régimes rationnels du traitement laser, face aux demandes de qualité des pièces fabriquées et à l’optimisation des procédés. Nous avons effectué une étude détaillée des paramètres de flux de gaz et de poudre pour les buses coaxiales différentes. Les paramètres du jet de poudre dépendent de: la configuration géométrique, la taille des canaux de sortie de la buse, la composition de la poudre, sa diffusion, les caractéristiques de l'interaction des particules avec les parois de la buse. Nous avons développé un modèle physico-mathématique d’accélération des particules de poudre dans le champ lumineux du rayonnement laser constant ; celui-ci est présent dans les conditions du rechargement de poudre par laser moyennant la pression du rappel des vapeurs du métal, provenant de la partie exposée de la particule. Nous avons proposé la méthodologie de calcul de l’empilement primaire de particules sphériques polydispersées ; compte tenu de la force du poids et de l’adhésion entre les particules en contact, elle permet d’obtenir une structure intérieure de la couche déposée proche à la structure réelle. Nous avons développé un modèle discret de description des processus de transfert de chaleur et de masse dans la couche de poudre déposée, applicable dans les conditions d’impact local du laser lors de la fusion et du frittage sélectifs par laser. Les modèles physico-mathématiques et les résultats proposés ont une importance pratique et portent un caractère novateur. La crédibilité des études réalisées au niveau qualitatif se coordonne avec les données des essais
This work is devoted to development of mathematical modeling methods of laser interaction with materials and porous media, used in the additive technologies for the production of volume products. The process of laser cladding suffers from faults and defects of parts and coatings obtained such as cracks, exudations, residual stresses and etc. Currently, the general theory of this process does not exist. A large number of parameters affect the laser cladding such as laser parameters (power, beam diameter, scanning speed, etc. ), parameters of powder and gas flow. Therefore, experimental investigations of optimum technological modes become the complex problem. The relevance of this work is the need to perform calculations and predictions of rational modes of laser treatment, due to the increasing quality requirements of manufactured parts and technological processes optimization. We investigated in details the parameters of the gas stream and the powder for different coaxial nozzles. The parameters of powder jet essentially depends on the geometrical configuration and the size of output nozzle channels and also the composition of the powder, its dispersion and features of particles interaction with the walls of nozzle. We developed a physical-mathematical model of acceleration of powder particles in the light field of a permanent laser radiation in the conditions of laser cladding owing to the force caused by the reaction of the material–vapor recoil from the beamed part of the particle. We proposed a calculation method of random packing of polydisperse spherical particles which allows, taking into account the weight force and adhesive force between the particles in contact, to obtain the internal structure of loose powder layer close to the real. Discrete model is developed to describe the processes of heat and mass transfer in loose powder layer, which is applicable in the conditions of local laser irradiation in selective laser melting and selective laser sintering. Physico-mathematical models proposed in this work and results of calculations are new and have a practical relevance. The reliability of spent researches is consistent qualitatively with experimental data

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Relave, Sébastien. "Caractérisation et prédiction de la microstructure obtenue par fabrication additive. Application aux aciers inoxydables." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEM003.

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Abstract:

Dans la famille des procédés de fabrication additive, le procédé laser beam melting (LBM) permet la conception de formes complexes par une méthode de construction couche par couche, à partir d’un lit de poudre. La compréhension des mécanismes de solidification mis en jeu lors de la fabrication est encore trop peu maitrisée pour une optimisation du procédé LBM Ainsi cette étude a pour objectif d’optimiser les caractéristiques des composants issus du procédé LBM. Pour parvenir à notre but, cette étude a été découpée en deux parties : la première a porté sur l’étude de l’influence des paramètres procédés et de la composition d’alliage sur la microstructure des échantillons fabriqués par LBM, tandis que la seconde concernait le développement d’un modèle thermique visant à prédire la microstructure. Au cours de cette étude, des analyses microstructurales et mécaniques ont été menées sur des pièces 3D en acier 316L, construites en faisant varier les paramètres procédés et la composition des poudres. Cette partie a pu mettre en évidence l’influence non négligeable de la composition chimique sur le chemin de solidification de l’alliage, impactant directement la microstructure de solidification donc indirectement, les propriétés mécaniques. Parallèlement à cette étude, le modèle thermique développé a permis d’identifier la structure de solidification et d’estimer la forme et la taille de la zone fondue, en fonction des paramètres procédés utilisés dans la première partie. La compréhension approfondie du mécanisme de solidification rencontré lors du procédé LBM, permet d’émettre des recommandations sur les compositions de la nuance 316L la plus adaptée à ce procédé
The laser beam melting (LBM) is an additive manufacturing process that allows the production of complex samples trough a layer-by-layer melting of the powder bed by the laser beam. In the most of the studies, the solidification mechanisms were not studied in details. However, from scientific and practical point of view, it is necessary to study and to describe these mechanisms which can help to optimize the mechanical properties of LBM samples. The purposes of this study were to analyse the influence of process parameters and the powder chemical composition on the microstructure of manufactured parts and to develop a numerical simulation model capable to predict the microstructure of the part after material solidification. In this work, the microstructure and mechanical properties of 316L alloy LBM samples were analysed in dependence on the process parameters and the chemical composition of the powders. The results obtained during the study showed the significant influence of the chemical composition of the powder on the sample microstructure for the same process parameters. It was found that the chemical composition impacts the solidification path of the alloy, the latter can give different microstructure and therefore different mechanical properties. Meanwhile, thanks to thermal model developed, the solidification structure and the shape and size of the melting pool have been identified, according to the process parameters used for the experiment part. Finally, the link between the microstructure observed and the microstructure predicted by the model have been settled, leading to a deeper understanding of the solidification mechanism encountered during the LBM process

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Le, neel Tugdual. "Nouvelles méthodologies de conception de moules et noyaux architecturés de fonderie sable fabriqués par fabrication additive." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0022.

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Abstract:

La fabrication additive impacte les savoirs faire traditionnels du métier de fondeur. Des nouvelles machines déposant couche par couche sable et liant permettent une fabrication d'outillage de fonderie sur mesure, unitaire et plus complexe. Dans le cadre de la présente thèse, on s’intéresse au développement de nouvelles méthodologies de conception des moules et des noyaux de fonderie sable. La réflexion prend en compte le domaine de conception mécanique, les contraintes, l'obtention d'une pièce optimisée, les contraintes des techniques de fabrication additive et de fonderie. Un premier chapitre fait un état de l’art de la technique, indiquant que des opportunités de recherches sont à saisir. Le deuxième chapitre propose une méthodologie de conception d’optimisation - - de la masse et maitrise du refroidissement du moule par la variation de l’épaisseur et conductivité thermique locale du moule. Un troisième chapitre s’intéresse à l’impact thermique de l’architecturation des parois. Le quatrième chapitre offre une méthodologie de conception en grappe, permettant d’optimiser la compacité du bac de fabrication. Cette méthode s’intéresse à l’imbrication du jet de coulée. Finalement, le cinquième chapitre propose de pallier le problème des points chauds grâce à la fabrication additive multimatériaux. Pour argumenter ces chapitres, des essais de conductivité thermique, de résistance mécanique, des simulations, des fabrications, coulées, et analyses sont réalisés. Ainsi, ces nouvelles règles métiers bénéficieront aux fondeurs de demain
Additive manufacturing impacts the traditional skills of the foundry profession. New machines depositing layer by layer sand and binder allow a manufacturing of custom foundry tools, unitary, and more complex. In this thesis, we are interested in the development of new methodologies for the design of molds and cores for sand foundries. The reflection takes into account the geometrical design, the design constraints, the constraints of additive manufacturing and foundry techniques. A first chapter describes the state of the art, indicating that research opportunities are to be seized. The second chapter proposes a design methodology for optimizing the mass and controlling the mold’s cooling speed by varying - - the thickness and local thermal conductivity of the mold. A third chapter deals with the study of the thermal impact by the architecture of the walls.The fourth chapter offers a cluster design methodology, allowing the optimization of the compactness of the manufacturing build volume. This method also proposes a novel design by nesting the casting sprues. Finally, the fifth chapter proposes to overcome the problem of hot spots by using multi-material additive manufacturing.To support these chapters, tests of thermal conductivity, mechanical resistance, simulations, manufacturing, casting, and analyzes are carried out. Thus, these new manufacturing guidelines will benefit the founders of tomorrow

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Rotty, Chloé. "Etude de l’électropolissage d’alliages horlogers issus de fabrication additive en milieu aqueux et solvant non-conventionnel." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD017/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse s’inscrit dans lecadre du projet « MOMEQA » dont l’objectif est le soutien à l’innovation dans l’industrie horlogère en Franche-Comté. La première impression visuelle conditionne notre relation à l’objet, c’est pourquoi une finition soignée est primordiale. L’électropolissage est un procédéde dissolution électrochimique permettant der éduire la rugosité de surface d’un objet. La pièce traitée constitue l’anode dans une cellule d’électrolyse. La première partie de l’étude est consacrée aux laitons et à l’acier inoxydable 316 L. Une étude électrochimique préliminaire a permis de définir les conditions optimales d’électropolissage pour chaque matériau et milieu. La suite de l’étude a été dédiée à l’étude des comportements des aciers inoxydables 316L de fonderie comme de fabrication additive, afin de mettre en évidence l’influence du procédé de fabrication sur l’aptitude à l’électropolissage. Un dispositif spécialement conçu a également permis de faire varier les conditions hydrodynamiques et d’appliquer des ultrasons,en vue d’optimiser l’agitation. L’obtention d’une finition poli miroir sur des carrures de montres a validé la conception du pilote. Enfin, l’usage d’un électrolyte moins nocif que les mélanges d’acides, le Deep Eutectic Solvent constitué d’un mélange de chlorure de choline et d’éthylène glycol se montre prometteur. L’utilisation de ces olvant non-conventionnel permet d’utiliser des techniques d’analyses de surface impraticables in-situ en milieu très corrosif, tel que l’AFM. Finalement, un modèle décrivant les mécanismes d’électropolissage de l’acier inoxydable 316 L dans les deux milieux a été proposé, qui permet une bonne simulation des résultats de spectroscopie d’impédance électrochimique
This work is part of the project"MOMEQA" whose main purpose is to supportinnovation in watchmaking industry in Franche-Comté. For high-end pieces, the first visualimpression is crucial and that is why a neatfinishing is required. This is achieved byelectropolishing, which consists in anelectrochemical dissolution process that enablessurface roughness reduction. Although it ispresent in several applications, fundamentalmechanisms of electrochemical polishingremain poorly understood and tailoring theprocess to additive manufacturing parts is in itsearly stages. The first part of the study isdedicated to brass and 316L stainless steel.Basic electrolytic baths (H3PO4 for brasses anda H3PO4/ H2SO4 mixture for 316L stainlesssteel) are used as references. A preliminaryelectrochemical study allows the determinationof optimal electropolishing conditions for eachmaterial and medium. A special attention hasbeen paid to characterization methods, such asmicro-roughness, brightness, microstructure,texture and corrosion resistance. Subsequently,the study was restricted to both cast and additivemanufacturing 316L stainless steels, in order toidentify the influence of manufacturing processon the electropolishing ability. To meet theproject requirements, a pilot cell dedicated tolarge area parts was designed and built. The aimwas to study the scale-up as well as the effectsof workpieces shape. The outcome of this studywas the realization of a mirror finish on a watchdial, allowing validation of the pilot-cell design.The last part of our study consists in replicatingthe process in a less harmful electrolyte, a greensolvent (Deep Eutectic Solvent), made by amixture of choline chloride and ethylene glycol.This allows successful electropolishing,compatible with an industrial application.Moreover, it makes possible in-situ AFMmeasurements, impossible in highly corrosiveelectrolytes. Finally, a model forelectropolishing mechanism in the case of 316Lstainless steel was proposed for both media,allowing a good simulation of electrochemicalimpedance spectroscopy behaviour

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Dumontet, Nathan. "Étude de l'alliage de titane TA6V obtenu par fabrication additive : microstructure, élasticité et contraintes résiduelles." Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0099.

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Abstract:

Les procédés de fabrication additive ont actuellement atteint une maturité suffisante pour produiredes pièces en série dans plusieurs secteurs industriels. Au cours de cette étude, nous nousfocalisons sur la fabrication par fusion laser sur lit de poudre d’alliages métalliques et en particulierl’alliage TA6V qui est l’alliage de titane le plus couramment utilisé. En effet, les cinétiques derefroidissement du matériau au cours de ce procédé induisent une microstructure martensitiqueparticulière dont les propriétés sont encore mal connues, notamment en termes d’élasticité. Deplus, les pièces en TA6V obtenues par fabrication additive souffrent de l’apparition d’importantescontraintes résiduelles pouvant provoquer leur distorsion voire leur fissuration. Actuellement, lasolution employée pour pallier à l’apparition de contraintes résiduelles consiste en un traitementthermique de détensionnement qui permet de relaxer les contraintes, sans comprendre leurgenèse. La première partie de ce mémoire de thèse est consacrée à l’étude de la microstructurede pièces avant et après un traitement de détensionnement. Nous avons ainsi pu étudier la phasemartensitique ’ qui précipite initialement dans le matériau ainsi que la transformation de phase de ’à (+) apparaissant au cours du traitement thermique. Dans un second temps, nous avons étudiél’élasticité des différentes phases expérimentalement et par calculs atomistiques (DFT). L’étudeexpérimentale a été menée à l’échelle macroscopique par essais de traction et vibrationacoustique et localement par diffraction de rayons X. L’ensemble des résultats indique que laphase martensitique ’ est moins rigide et plus anisotrope que la phase (des variations de moduled’Young de l’ordre de 15% sont obtenues). Dans la dernière partie de cette étude, l’effet deparamètres de la fabrication additive sur les contraintes résiduelles a été étudié. Les contraintesrésiduelles ont été déterminées par différentes méthodes telles que la diffraction de rayons X, deneutrons ou la courbure de ponts. Nous avons ainsi montré que la conductivité thermique dusupport, le temps de repos et la forme de l’échantillon avaient un effet important sur lescontraintes résiduelles tandis qu’aucun effet clair de la position sur le plateau, de la hauteurd’échantillon ou de la densité d’énergie n’a pu être mis en évidence. Ces différents résultatsapportent une meilleure connaissance des propriétés du matériau et permettent de mieuxcomprendre la genèse des contraintes résiduelles dans les pièces en TA6V élaborées par fusionlaser sur lit de poudre ; offrant ainsi la possibilité d’améliorer la modélisation et l’optimisation desparamètres de ce procédé de fabrication additive en vue d’une meilleure utilisation industrielle
Laser Beam Melting is an additive manufacturing process that reaches a sufficient industrialmaturity to start producing parts in series, even if some problems remain. One of the mostcommonly used materials in additive manufacturing but particularly difficult to use is Ti-6Al-4V, thetitanium alloy most commonly used on Earth. Indeed, the cooling kinetics of the parts producedprecipitate a particular microstructure in the material that is still poorly understood, particularly interms of elasticity. In addition, Ti-6Al-4V elaborated trough additive manufacturing suffers from theappearance of significant residual stresses that can cause cracks in the part. Currently, thesolution used to overcome the residual stresses consists of a heat treatment that allows thestresses to be relaxed, without solving the problem of their genesis. The first part of this work isfocused on the study of the microstructure of raw parts and stress released parts after a heattreatment. We were thus able to study the martensitic phase ' using different microscopy anddiffraction techniques. We were able to study the phase transformation from ' to (+) by thermodifferential analysis. In a second step, elasticity was studied experimentally at the macroscopicscale by tensile and acoustic vibration tests, locally by X-ray diffraction and by atomic calculation.These results on elasticity agree that the ' martensitic phase is less rigid and more anisotropicthan the phase. In the third part of this study, the effect of different additive manufacturingparameters on residual stresses was investigated. Residual stresses were determined by differentdiffraction methods, such as X-ray or neutron diffraction, and bridge curvature (BCM). It could beshown that the thermal conductivity of the substrate, the dwell time and the shape of the samplehad a significant effect on residual stresses while no clear effect of the position on the plate, thesample height or the energy density could be shown. These different results provide anunderstanding of the genesis of residual stresses in Ti-6Al-4V parts from the LBM and its elasticbehaviour. All these results provide a better understanding of the problems encountered in theindustrial sector. This work aims at improving the relevance of the choice of process parametersand thus to predict, or even stop, the arrival of blocking points in additive manufacturing

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Chastand, Victor. "Etude du comportement mécanique et des mécanismes d'endommagement de pièces métalliques réalisées par fabrication additive." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2016. http://www.theses.fr/2016ECLI0012/document.

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Abstract:

La fabrication additive est un procédé offrant de nouvelles opportunités aux industriels pour fabriquer des pièces complexes, sans outillage spécifique et en optimisant la matière utilisée.Cette thèse présente les propriétés mécaniques de pièces réalisées par fabrication additive et l’analyse des mécanismes d’endommagement associés, en ayant comme référence les propriétés mécaniques des procédés de fonderie et de corroyage. Ce type d’analyse est indispensable pour l’industrialisation du procédé.Les propriétés en traction et en fatigue, sur des éprouvettes en titane Ti-6Al-4V et en aluminium AlSi7Mg0,6, ont été mesurées. Les effets du procédé de fabrication, de la direction de fabrication, du post-usinage et des post-traitements thermiques ont été comparés. Les propriétés sont au moins au niveau de la fonderie.Ces résultats ont été analysés en corrélation avec les microstructures et les faciès de rupture, afin de dégager des mécanismes d’endommagement. Les critères permettant de mesurer la criticité des défauts ont été définis.Certaines de ces hypothèses ont pu être vérifiées grâce à des essais de traction in situ au micro tomographe
Additive manufacturing offers new opportunities for industries to manufacture complex parts with no additional tooling and better optimization of the material used.This thesis is about the analysis of the mechanical properties and the damaging mechanisms of parts produced by additive manufacturing, using mechanical properties of casted and wrought parts as reference. This type of analysis is necessary in order to industrialize the process.The tensile and fatigue properties on Titanium Ti-6Al-4V and Aluminium AlSi7Mg0,6 were measured. The effects of the process, the manufacturing direction, the post-machining and the post-heat treatments were compared. Properties are at least at the level of casting.A correlation of these results with microstructures and fracture surfaces was made in order to extract the damaging mechanisms. A method to measure the criticity of the defects in a part was defined. Some of these hypotheses were verified using microtomographic in situ tensile tests

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Mezari, Rezak. "Etude du contrôle de procédé de projection laser pour la fabrication additive : Instrumentation, Identification et Commande." Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0050/document.

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Abstract:

Les applications utilisant les procédés de fabrication directe par laser et projection de poudre sont en pleine expansion, en particulier, dans l'aéronautique. Néanmoins, cette technologie prometteuse fait état de quelques points durs et est confrontée aux problèmes d'instabilités du procédé. Lorsque ces phénomènes ne sont pas maîtrisés, cela conduit à des défauts (résistances mécaniques insuffisantes, porosités trop importantes, mauvais états de surface,….etc), qui, selon leur répartition et leur taille, risquent d'engendrer des non conformités, de détériorer les caractéristiques mécaniques des pièces et qui peuvent représenter un coût de post-traitement non négligeable. Par conséquent, il est primordial de maîtriser le procédé d'élaboration, afin de rendre le procédé de fabrication robuste et préserver l'intégrité structurelle de la pièce. Cela requiert la mise en place de système d'instrumentation du procède de projection laser, et par l'intermédiaire du contrôle procédé, d'avoir un système de commande temps réel permettant d'adapter les paramètres procédés en cours d'élaboration, afin de de maintenir une haute qualité de la pièce fabriquée. Dans cette perspective, nous avons développé une solution technologique (matérielle et algorithmique) à base de caméras (vision) permettant de suivre des paramètres clefs lors de la fabrication. L'application de ce système de vision a permis la mise en œuvre de méthodes innovantes, utilisant des outils de l'automatique moderne, pour surveiller l'état de pièces projetées, voire même corriger leurs défauts lors de la fabrication, en ayant un suivi et un contrôle du procédé en temps réel. De plus ce système de vision a permis à partir de mesures effectuées sur les entrées et les sorties du procédé, d'identifié un modèle dynamique qui ont conduit à la réalisation du système de contrôle procédé
Applications using the direct metal deposition laser process have been expanded rapidly, particularly in aeronautics. However, this promising technology reported some difficult points and faced several problems, mainly the process instability. When these phenomena are not controlled, several defects was obtained (lack of mechanical strength, excessive porosity, poor surface, ... etc.). According to their distribution and size, non-conformity, deteriorate the mechanical characteristics of the parts was recorded and result in a significant cost of post-processing. Therefore, it is important to control the process, to make the process both robust and preserve the structural integrity of the piece. This requires the development of instrumentation through the control process, in order to have a real-time system able to adjust the process parameters to keep a high quality of the manufactured part. In this perspective, the studied thesis developed a technological solution (hardware and algorithms) based on cameras (vision) to monitor key parameters during manufacture. The application of this vision system has been allowed for the implementation of innovative methods by using modern automatic tools to monitor the status of the built part or even correct their defects during the manufacture parts, having a monitoring and process control in real time. Furthermore this vision system performed measurements for the inputs and outputs of the process, matched to a dynamic model that lead to the realization of the process control system

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Yosofi, Mazyar. "Méthodologie de caractérisation prédictive des procédés de fabrication additive avec une approche technique, économique et environnementale." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0034/document.

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Abstract:

L'Organisation des Nations Unies vise à moderniser les industries afin de les rendre durables et plus respectueuse de l'environnement d'ici 2030. Afin de répondre à ces attentes, il faut mettre en place des voies d'améliorations des procédés de fabrication d'un point de vue environnemental. Cette démarche nécessite une connaissance fine des flux entrants et sortants lors de la fabrication d'un produit. Néanmoins, ce n'est pas le cas pour les procédés de fabrication additives ou les impacts environnementaux générés lors de la fabrication d'un produit sont encore méconnus. Par conséquent, il est primordial de bien "compter" les différentes sources de consommations et de rejets. Pour cela, une évaluation quantitative des flux intervenants pendant la fabrication de pièces est nécessaire pour améliorer la connaissance de la performance environnementale d'un procédé. Les travaux de cette thèse portent sur la proposition d'une méthodologie d'évaluation multicritère pour les procédés de fabrication additive afin de pouvoir prédire, dès l'étape de conception d'un produit, des informations sur les aspects techniques, économiques et environnementaux du couple pièce/procédé. Afin de proposer aux concepteurs la possibilité d'évaluer un produit dès son étape de conception, des modèles de consommation fins traduisant le comportement du procédé ont été mis en place. La méthodologie développée s’intéresse à l'ensemble des sources de consommation et de rejets ainsi qu'à l'ensemble des étapes nécessaires à la fabrication d'une pièce mécanique.Ce manuscrit est divisé en six chapitres qui permettent de présenter le contexte général de l'étude, l'état de l'art, la méthodologie d'évaluation multicritère, l'application sur les procédés de fabrication additive et l'exploitation sur un cas industriel. Le dernier chapitre se consacre à la conclusion sur les apports de ces travaux et propose des perspectives de recherche
The United Nations aims to modernize industries in order to make them sustainable and more environmentally friendly by 2030. In order to meet these expectation, it is necessary to put in place ways of improving production processes from an environmental point of view. This approach requires a detailed knowledge of the incoming and outgoing flows during the manufacturing of a product. However, this is not the case for additive manufacturing processes where the environmental impacts generated during this stage are still unknown. For that, a quantitative evaluation of the flows involved during the manufaturing of parts is necessary in order to improve the knowledge of the environmental performance of a process. The work of this thesis focuses on the development of methodology for additive manufacturing processes in order to predict information on the technical, economic, and environmental aspects of a product during the design stage of a part. The methodology developped is increasingly interested in all the sources of consumption as well as all the stages necessary for the manufacturing of a mechanical part.This manuscript is divided into six chapters that can present the general context of the study, the state of the art, the methodology developped, a application of the methodology to additive manufacturing processes and the computer tool developed during this thesis. The last chapter is devoted to the conclusion on the contributions of this work and provides research perspectives

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Adam, Jérémy. "Développement, modélisation et caractérisation d'une maille innovante réalisée en fabrication additive pour les grands défauts osseux." Thesis, Paris, ENSAM, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0068/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse traite du développement d’une maille en titane imprimée en 3D pour le comblement des grands défauts osseux. La perte de substance osseuse intervient lors de traumatismes importants ou de chirurgies ablatives (dues à des infections ou à des cancers). Lorsque le défaut atteint un stade critique, la régénération osseuse est impossible et on assiste à une perte de fonction. Il faut alors recourir à des chirurgies reconstructrices comme par exemple la reconstruction mandibulaire. Aujourd’hui, la chirurgie communément pratiquée pour reconstruire la mandibule est la reconstruction par lambeaux libres de fibula, laquelle demande un investissement en temps et en ressource colossale pour des résultats mitigés avoisinant les 10% de taux d’échec. En nous basant sur la littérature internationale, nous avons développé une maille en titane imprimée en 3D pour remplacer l’autogreffe de fibula et ainsi limiter les effets secondaires liés au site donneur tout en offrant aux cellules mésenchymateuses des conditions optimales à la colonisation osseuse. D’un point de vue mécanique, cela consiste à abaisser la rigidité native du titane (110GPa) à une rigidité comprise entre 0,1 et 1 GPa. Pour réaliser cette maille, nous avons mis en place une méthodologie de design qui nous a permis d’innover en mettant au point un système de reprise de charge. Ce système de reprise de charge permet d’adapter la réponse de l’implant en fonction de l’intensité de la sollicitation, ce qui permet de combiner une rigidité faible et une résistance à l’effort élevée. Les différentes itérations de design ont été testées par éléments finis, jusqu’au motif final, lequel a été caractérisée lors de tests mécaniques réels en compression, en traction et en flexion. Remplissant la majorité du cahier des charges, nous avons ensuite mis au point une étude animale, laquelle sera réalisée ultérieurement. Enfin, cette étude a permis de mettre en évidence certaines limitations de l’impression 3D métallique, principalement liés aux surfaces non supportées que nécessitent la reprise de charge. Cette maille très prometteuse est aujourd’hui en cours d’optimisation pour permettre d’être rapidement mise à la disposition des patients
The work detailed in this thesis is about a titanium 3D printed mesh for large bone defects. Large bone defects are often due to surgical resections, performed after a cancer or an infection. When the defect reach a critical size, bone regeneration is impossible and it often leads to the loss of function. When it happened, the wound need to be cured using reconstructive surgery. The mandibular reconstruction is one of the most performed reconstructive surgery. Nowadays, we reconstruct the mandible with the fibula free flap technique, which require huge amount of time and resources for mixed results (around 10% failure rate). Based on the international literature, we developed a titanium 3D printed mesh to replace the fibula autograft and limit its side effect while offering to mesenchymal cells optimal growing environment. On the mechanical point of view, this environment requires to decrease the titanium initial rigidity from 110GPa to a range between 0.1 and 1GPa. In order to achieve that goal, we have developed a design methodology that lead us to innovation. We developed a load restauration system that allow us to combine low rigidity and high resistance. In order to find the final design, we used finite element modeling. Then, the final design have been tested mechanically in compression, traction and flexion. Because most of the requirements were reached, we designed an animal study which should take place in the next years. Eventually, we discovered some limitation for metallic 3D printing, essentially due to unsupported areas required for the load restauration. This innovative mesh is today optimized in order to be rapidly given to patients in the need

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Hiricoiu, Alexandre. "Contribution à l'analyse expérimentale et numérique pour l'élaboration d'absorbeurs d'énergie obtenus par procédés de fabrication additive." Thesis, Valenciennes, 2018. http://www.theses.fr/2018VALE0011.

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Abstract:

La rentabilité des hélicoptères de transport civil est un paramètre clé qui oblige les avionneurs à toujours repousser les limites en termes d’optimisation des structures. Les nouvelles générations d’appareils devront parcourir des distances plus longues et avoir des capacités de transport plus grandes. Le gain en masse sur les équipements à bord des appareils est donc un facteur déterminant pour atteindre les objectifs de performances accrues pour le futur. Les travaux de recherche menés durant la thèse sont à l’initiative de l’équipementier aéronautique Zodiac Seats France, leader français sur le marché des sièges techniques pour hélicoptères civils. L’objectif souhaité de l’entreprise est le développement à moyen terme d’un siège passager ayant un gain de masse ciblé à 50% des équipements actuels. Cette amélioration n’est aujourd’hui envisageable qu’à travers une rupture technologique avec les solutions déjà existantes. Les nouveaux procédés notamment en matière de fabrication additive permettent à ce jour d’envisager des réalisations de structures innovantes à forme complexe. Le choix de la technologie de fabrication additive EBM « Electron Beam Melting » est fixé.La Recherche menée ici, vise à assurer la sécurité des futurs sièges en cas de crash, grâce à l’étude de nouvelles solutions techniques pour permettre une absorption optimale d’énergie lors de l’impact. Les travaux présentés s’organisent en trois volets. Le premier concerne la caractérisation en traction statique et dynamique ainsi que la modélisation numérique du titane Ti–6Al–4V obtenu par fabrication additive EBM. Pour cela un protocole expérimental ainsi qu’un plan d’expérience ont été définis. Le second volet vise à valider les propriétés matériau établies par le biais d’essais et de simulations à l’échelle de structures complexes dans un objectif de fournir au concepteur un outil de modélisation numérique permettant un dimensionnement efficace. Enfin, le troisième volet présente la stratégie développée au cours de la thèse pour permettre à l’aide d’un outil d’optimisation la définition numérique de futures formes de structures capables d’absorber un maximum d’énergie dans un espace géométrique disponible
The profitability of civil transport helicopters is a key parameter that forces aircraft manufacturers to always push forward innovation and design optimization. Next generation of aircraft must be able to fly longer and have increased transport capacities. Weight reduction on in-flight equipment is a critical factor to achieve better performances in the future. The research work carried out during the PhD thesis was initiated by the aeronautical equipment manufacturer Zodiac Seats France, the French leader in the market of technical seats for civil helicopters. The desired objective of the company is the mid-term development of a passenger seat with a targeted mass reduction of 50% to current equipments. This improvement is only possible today with technological breakthrough. New processes, particularly in the field of additive manufacturing, allow nowadays the production of innovative structures with complex shapes. The choice of additive manufacturing technology EBM "Electron Beam Melting" is fixed. The research conducted here aims to ensure the safety of future seats in the event of a crash, thanks to the study of new technical solutions to allow optimal absorption of energy at impact. The works presented are organized in three parts. The first concerns the static and dynamic tensile characterization as well as the numerical modeling of titanium Ti-6Al-4V obtained by additive manufacturing EBM. For this purpose, an experimental protocol and an experimental plan have been defined. The second part aims to validate the material properties established by means of tests and simulations at the scale of complex structures in order to provide the designer with a numerical modeling tool allowing efficient dimensioning. Finally, the third part presents the strategy developed during the thesis to help in optimizing, through the numerical simulation, the future structures capable of absorbing a maximum of energy for a given geometrical space

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Yu, Boning. "Analyse de la fatigue, homogénéisation et optimisation de structures architecturées en titane obtenues par fabrication additive." Electronic Thesis or Diss., Reims, 2023. http://www.theses.fr/2023REIMS024.

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Abstract:

Dans la conception de structures en treillis, la compréhension du module d'élasticité du matériau et de ses performances en fatigue est cruciale pour assurer la stabilité à long terme des implants dans le corps humain. Cette étude analyse le comportement élastique et le comportement de fatigue en compression à cycles élevés de la structure en treillis mappée d'un dodécaèdre rhombique utilisé dans les implants osseux médicaux fabriqués par fusion par faisceau d'électrons. La recherche a développé des modèles analytiques et aux éléments finis pour estimer le module d'élasticité en compression et les coefficients de Poisson des structures rhombiques dodécaédriques cellulaires mappées, avec ou sans contraintes de bord. La fonction de mappage x→αx a été utilisée pour mapper les coordonnées des barres de soutien, entraînant des modifications de la section et de la position des barres tout en maintenant la porosité. L'étude a examiné le module d'élasticité en compression, les coefficients de Poisson, la réponse à la fatigue en compression-compression à cycles élevés et l'effet du traitement cryogénique sur les échantillons de Ti6Al4V.Les propriétés mécaniques de la structure en treillis rhombique dodécaédrique de Ti6Al4V ont montré une amélioration significative lorsque le rapport de mappage α diminuait. Le module d'élasticité équivalent de la cellule est lié au nombre périodique de cellules simples dans des conditions sans contraintes de bord. La valeur du module augmente de manière monotone avec le nombre de cellules et le diamètre des barres, mais la plage d'augmentation approche une limite lorsque le nombre de cellules tend vers l'infini.L'influence du traitement cryogénique sur les propriétés mécaniques des échantillons et le mécanisme de rupture par fatigue des barres de soutien a été analysée grâce à une caractérisation de la microstructure. Le traitement cryogénique a amélioré le module d'élasticité, la résistance à la compression et les performances en fatigue, mais a également augmenté la déformation accumulée le long de la direction de compression après une défaillance en fatigue. La microstructure du matériau Ti6Al4V a révélé la présence de grappes d'α-Ti et une forte texture, qui ont influencé les propriétés mécaniques. Le traitement cryogénique a provoqué une distorsion du réseau cristallin, un affinage des grains et une augmentation des joints de grains, améliorant la plasticité et les performances en fatigue tout en réduisant la résistance au fluage.L'analyse des structures mappées en treillis rhombique dodécaédrique a introduit le rapport de mappage α et développé des modèles analytiques et aux éléments finis pour estimer le module d'élasticité et les coefficients de Poisson. Les modèles ont pris en compte les modifications de la section et de la position des barres de soutien. Le modèle analytique a montré des prédictions prometteuses du module d'élasticité et a reflété avec précision le module d'élasticité effectif d'un corps homogène. La prédiction de la durée de vie en fatigue impliquait la détermination de la contrainte locale maximale, l'application d'une correction de contrainte moyenne et l'établissement de la relation entre la durée de vie en fatigue du bloc homogène et la durée de vie de la première barre de soutien fracturée par fatigue. Une relation non linéaire a été observée entre la durée de vie en fatigue et le rapport de mappage α, le plus petit rapport de mappage montrant les meilleures performances. Le modèle a fourni des prédictions précises et offrait une approche alternative pour prédire la durée de vie en fatigue basée sur les résultats des tests, ce qui permettrait de réaliser des économies.Dans l'ensemble, cette recherche a analysé avec succès les propriétés mécaniques, la microstructure et les performances du matériau de base Ti6Al4V et des structures mappées en treillis rhombique dodécaédrique, fournissant des connaissances précieuses pour comprendre et prédire leur comportement
In the design of lattice structures, understanding the material's elastic modulus and its fatigue performance is crucial to ensure the long-term stability of implants within the human body. The study of elastic modulus is particularly important as it effectively avoids stress shielding phenomena and enhances the load trans-fer capacity of the material. Additionally, the fatigue performance of implants during repetitive stress motion inside the human body is also of utmost significance.This study analyzed the elastic deformation behavior and high-cycle compression fatigue behavior of the mapped lattice structure of a rhombic dodecahedron used in medical bone im-plants fabricated through electron beam melting. The research developed analytical and finite element models to estimate the compressive elastic modulus and Poisson's ratios of mapped cellular rhombic dodecahedron structures with and without border constraints. The mapping function x→αx was used to map strut coordinates, causing changes to strut section and position while maintaining porosity. The study investigated compressive elastic modulus, Poisson's rati-os, high-cycle compression-compression fatigue response, and the effect of cryogenic treatment on Ti6Al4V samples.The mechanical properties of the Ti6Al4V rhombic dodecahedron lattice structure showed significant improvement as the mapping ratio α decreased. The equivalent elastic modulus of the cell is related to the number of periodic arrays of single cells under the condition of no boundary constraints. The modulus value increases monotonically with the number of cells and the diameter of the struts, but the range of increase approaches a limit as the number of cells tends to infinity.The influence of cryogenic treatment on the mechanical properties of the specimens and the fatigue fracture mechanism of the struts were analyzed through microstructure characterization. Cryogenic treatment enhanced elastic modulus, compressive strength, and fatigue performance, but increased accumulated strain along the compression direction after fatigue failure. The mi-crostructure of Ti6Al4V material revealed the presence of α-Ti clusters and a strong texture, which influenced mechanical properties. Cryogenic treatment caused lattice distortion, grain refinement, and increased grain boundaries, improving plasticity and fatigue performance while reducing creep resistance.The analysis of mapped cellular rhombic dodecahedron structures introduced the mapping ratio α and developed analytical and finite element models to estimate elastic modulus and Poisson's ratios. The models considered changes in strut section and position. The analytical model showed promising predictions of elastic modulus and accurately reflected the effective elastic modulus of a homogeneous body. Fatigue life prediction involved determining maxi-mum local stress, applying mean stress correction, and establishing the relationship between fatigue life of the homogeneous block and the life of the first fatigue-fractured strut. A nonline-ar relationship was observed between fatigue life and mapping ratio α, with the smallest map-ping ratio showing the best performance. The model provided accurate predictions and offered an alternative approach to predicting fatigue life based on testing results, saving costs.Overall, this research successfully analyzed the mechanical properties, microstructure, and performance of Ti6Al4V base material and mapped cellular rhombic dodecahedron structures, providing valuable insights for understanding and predicting their behavior

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Chalvin, Maxime. "Fabrication additive de tubulures par dépôt de fil robotisé multi-axes : génération et optimisation de trajectoires." Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2020. http://www.theses.fr/2020TOUL0010.

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Abstract:

La fabrication additive par dépôt sous énergie concentrée (DED) permet la fabrication rapide de petites séries de pièces. Cependant, les trajectoires usuellement utilisées pour les pièces présentant du porte-à-faux nécessitent l’utilisation de supports, matériau non utile à la pièce finale dont le dépôt et l’enlèvement sont chronophages. Si les trajectoires multi-axes permettent de s’en passer, elles présentent généralement des distances locales inter-couches hétérogènes, nécessitant d’ajuster la hauteur de couche par la paramétrie de dépôt, pouvant alors impacter les caractéristiques mécaniques de la pièce finie. Cette thèse propose, dans un premier temps, une méthode de génération de trajectoire multi axes à distance locale inter-couches constante pour des tubulures définies par des courbes guides paramétrées et pouvant présenter des variations de rayon de profil. Les trajectoires proposées ont ensuite été validées par la fabrication additive robotisée de démonstrateurs en matériau polymère. La rotation autour de l’axe d’un outil de dépôt coaxial n’ayant pas d’incidence sur le dépôt, l’utilisation de robots 6-axes admet une redondance. En utilisant cette redondance, une méthode d’optimisation couche par couche de la trajectoire dans l’espace articulaire est finalement proposée. Pour une configuration de robot contrainte, l’optimisation permet la fabrication de pièces impossibles à produire de manière classique et apporte une amélioration de leur qualité géométrique ainsi qu’une meilleure répétabilité
Additive manufacturing through Directed Energy Deposition (DED) enables small batches of parts to be rapidly manufactured. However, manufacturing trajectories usually used for the manufacture of overhanging parts require the use of supports, material which is not useful for the finished part and time consuming. If multi-axis trajectories can be used to avoid them, they present generally a heterogeneous local inter-layer distance, thus requiring a variation of the deposition parameters to adapt the layer height ; variation that can be harmful to the mechanical characteristics of the final part. This thesis first proposes a constant local inter-layer trajectory generation method for DED additive manufacturing of tubular parts defined by parametric curves and which can have profile radius variations. The proposed trajectories have been validated by robotized manufacturing trials of polymer parts. Since the rotation about a coaxial deposition tool axis has no impact on the deposit, the use of 6-axis robots offers a redundancy. Using this redundancy, a layer by layer optimization of the trajectory in the robot space is then proposed. In a constrained robot configuration, the trajectory optimization allows the manufacturing of parts that cannot be manufactured in the usual way, and improves the geometrical quality of the parts with a better repeatability

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Ben, Salem Mouna. "Développement d'une capsule de prélèvement de microbiote intestinal utilisant un mécanisme bistable et exploitant la fabrication additive." Thesis, Montpellier, 2020. http://www.theses.fr/2020MONTS002.

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Abstract:

Le diagnostic et le traitement des maladies gastro-intestinales ont connu un développement important au cours des dernières années avec l'invention des capsules endoscopiques qui facilitent l'accès aux différentes sections du tube digestif.Bien que ces capsules puissent assurer certaines fonctions telles que l'inspection du tractus gastro-intestinal et l'administration des médicaments, le prélèvement de microbiote nécessite encore une intervention chirurgicale pour prélever des échantillons du liquide intestinal.Nous proposons, à travers ces travaux de thèse, un dispositif de prélèvement de microbiote capable de naviguer dans le tractus gastro-intestinal, de prélever un échantillon du liquide intestinal et de le protéger de toutes contamination pendant le transite jusqu’à sa sortie du corps humain. Nous utilisons une structure bistable pour assurer la fermeture la capsule après le prélèvement et une éponge pour le déclenchement. La solution que nous proposons est sans danger pour le corps humain car elle ne contient aucun composant électronique, aucune batterie et elle ne nécessite aucune intervention externe. Pour fabriquer la capsule, nous exploitons la fabrication additive. Cette technologie nous offre la possibilité d’utiliser un matériau biocompatible à un coût relativement faible et permet d'accélérer le cycle de conception du prototype
The diagnosis and the treatment of gastro-intestinal pathologies have experienced significant development in recent years with the invention of endoscopic capsules which facilitate the access to different sections of the gastro-intestinal tract.Although these capsules can perform several functions such as gastrointestinal tract inspection and drug delivery, microbiota sampling still requires surgery in order to collect intestinal liquid samples.We propose through this work a microbiota sampling device that navigates through the gastro-intestinal tract, takes a sample of the intestinal fluid and protects it from any contamination as the device navigates in the human body. We use a bistable structure to close the capsule after sampling and a sponge for the triggering.The device is safe for the human body, as it does not contain electronic components, batteries and does not require any external intervention.To manufacture the microbiota sampling capsule, we use additive manufacturing. This technology offers the use of biocompatible material at a relatively low cost and allows fast prototyping cycle

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Rabenantoandro, Andry Zaid. "Contribution à la fabrication additive dans la construction : conception d’une tête d’impression intelligente, et matériaux de construction." Thesis, Centrale Lille Institut, 2020. http://www.theses.fr/2020CLIL0010.

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Abstract:

L’impression 3D en construction connait un développement exponentiel dans le domaine de la construction. Cette thèse examine l'utilisation des solutions industrielles existantes pour répondre au besoin de l’impression 3D basé sur l'extrusion dans le secteur de la construction. Il n'existe pas de lignes directrices pertinentes pour l’impression 3D en termes de spécification des machines ou de formulation des matériaux. Une étude prospective a été réalisée afin de comprendre l'aspect multidisciplinaire de l'impression 3D. Les principes de la fabrication additive ont été mis en évidence avec ses avantages, ses applications et ses limites. Le processus d'impression 3D a été formalisé en 5 phases distinctes pour la construction. Ainsi, un cadre de travail pour l'impression 3D dans la construction, basé sur la technique d'extrusion, a été proposé. Une introduction du concept de système de système et un niveau d'automatisation intelligent de l'impression 3D dans la construction ont été proposés. Cette partie a été réalisée en complément du cadre de normalisation de la fabrication additive dans la construction. À l'appui du raisonnement scientifique pour concevoir la solution d'impression 3D appropriée, un système global composé de 5 sous-systèmes a été défini. Une approche expérimentale pour l'évaluation de l'imprimabilité a été développée. Elle a consisté en des tests simples et une analyse sans dimension pour caractériser l'imprimabilité des matériaux cimentaires à l'aide d'indicateurs spécifiques. Une tête d’impression a été conçue sur la base de fonctionnalités d'entrée telles que la possibilité d'activer un matériau inerte dans la tête et un contrôle du flux du matériau sortant
3D printing in construction is growing exponentially. This thesis examines the use of existing industrial solutions to meet the need for extrusion-based 3D printing in the construction sector. There are no relevant guidelines for 3D printing in terms of machine specification or material formulation. A prospective study has been carried out to understand the multidisciplinary aspect of 3D printing. The principles of additive manufacturing were highlighted with its advantages, applications and limitations. The 3D printing process was formalized in 5 distinct phases for construction. Thus, a framework for 3D printing in construction, based on the extrusion technique, was proposed. An introduction of a system of system concept and an intelligent level of automation for 3D printing in construction were proposed. This part was realized as a complement to the standardization framework for additive manufacturing in construction. In support of the scientific reasoning to design the appropriate 3D printing solution, an overall system consisting of 5 subsystems was defined. An experimental approach for the evaluation of printability was developed. It consisted of simple tests and dimensionless analysis to characterize the printability of cementitious materials using specific indicators. A print head was designed based on input functionalities such as the possibility to activate an inert material in the head and a control of the outgoing material flow

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Hassaine, Daouadji Valentin. "Caractérisation et modélisation de structures lattices obtenues par fabrication additive : application aux équipements sportifs absorbeurs de chocs." Thesis, Centrale Lille Institut, 2020. http://www.theses.fr/2020CLIL0005.

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L’émergence des techniques de fabrication additive permet de réaliser des structures lattices de géométries complexes. Leur potentiel, en termes de légèreté, d’absorption des chocs, de personnalisation et de design attise l'intérêt de l'équipementier sportif DECATHLON, qui envisage ces méso-structures pour des applications casques et chaussures. Ce travail étudie le comportement de différentes géométries de lattices soumises à des chargements de compression.Dans une première partie, la faisabilité technique de produits sportifs en lattices a été évaluée par des compressions statiques et des impacts dynamiques adaptés aux normes casques et chaussures. Cette étude préliminaire a permis de mettre en évidence l’intérêt des lattices dans les applications sportives.La deuxième phase de ce travail a consisté à développer des modèles et méthodes de dimensionnement de lattices. Le comportement mécanique de lattices octets réalisées en deux matériaux (PA12 et TPU) a été caractérisé. La géométrie et le respect dimensionnel de ces structures ainsi que la quantification des champs cinématiques sous sollicitations ont été analysés par micro-tomographie.Un modèle numérique réalisé sous un code éléments finis a ensuite été proposé. Une confrontation aux observations expérimentales a permis d'évaluer la pertinence du modèle. Pour une meilleure représentativité des zones de jonction des poutres (les vertices), et donc une meilleure exploitation des modélisations, une rigidification locale aux vertices est étudiée par un plan d'expérience numérique
Additive manufacturing enables the production of complex parts such as lattice structures. Their potential, in terms of lightness, improved impact performances, customization and design, draws the attention of the sports equipment manufacturer DECATHLON, who is considering these meso-structures for helmets and shoes applications. This study focuses on the behaviour of several lattices subjected to compressive loading.A preliminary experimental phase identified the behaviour of two materials (PA12 and TPU) produced by a laser sintering process (SLS). The technical feasibility of lattices structures in sports products was then evaluated using static compressions and dynamic impacts adapted to helmet and footwear standards.The second stage of the study consists in developing numerical tools for the design of lattices structures. Several lattices were produced. There mechanical behaviour was characterized in several aspects: the static response under compressive loadings was compared to foams conventionally used for energy absorption; the dimensional stability of the structures and the quantification of the kinematic fields under stress were assessed by micro-tomography.Thanks to these observations, the relevance of a numerical lattice model realized under a finite element code was evaluated. Its lack of representativeness of the junction zones of the beams (the vertices) limits its use. Nevertheless, a local stiffening at the vertices, studied by a numerical design of experiment, greatly improved the modeling

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Al-Meslemi, Yahya Ismail. "Modélisation prédictive pour la Fabrication Additive métallique : Caractéristiques clés et applications à la caractérisation de la porosité." Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPAST007.

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Résumé : La maitrise de la qualité constitue le principal obstacle à une adoption plus accrue des procédés de fabrication additive. L'analyse des données, la modélisation des processus physiques, la mesure des pièces et l'évaluation métrologique sont de plus en plus utilisées pour obtenir une meilleure qualité. Cependant, il existe encore des défis importants en matière de modélisation, de calcul et de mesure en raison du large éventail de paramètres impliqués qui affectent la qualité de la pièce finale.Dans cette thèse, nous proposons de remédier à certaines des limitations liées à la qualité des pièces en fabrication additive. Nous proposons une approche de modélisation prédictive pour effectuer la caractérisation de la porosité et déterminer la plage des paramètres de fabrication en fonction d'un ensemble restreint de données collectées.L'approche systématique de modélisation proposée utilise les processus Gaussiens (GP) pour permettre des prédictions sur l'ensemble de l'espace expérimental en fonction de données de mesures. Le modèle proposé exploite une fonction covariance, de l'inférence bayésienne, et des chaînes de Markov pour estimer les paramètres du modèle, à partir des données acquis. Les données sont générées à partir d’un plan d'expérience et d'un protocole d'analyse d'images par tomographie. Pour une mise en œuvre efficace de cette approche, nous mettons en avant de corrélations entre les conditions du processus de fabrication et les caractéristiques du produit. Ces caractéristiques clés (KCs) sont évaluées en fonction de leur importance et sont ordonnées hiérarchiquement d'un point de vue statistique
Abstract : Quality control remains the main barrier for broader adoption of Additive Manufacturing processes. Data analytics, physical process modelling, part measurement and metrological assessment, are more and more used to achieve better quality. However, there are still significant modeling, computational, and measurement challenges stemming from the broad range of the involved parameters affecting the quality of the final part.In this thesis, we focus on overcoming some of these quality-related limits. We propose a predictive modeling approach to perform porosity characterization and to determine the range of manufacturing working conditions based on a limited set of previously collected data.The proposed systematic modeling approach uses Gaussian Process (GP) to map the entire experimental space based on limited predetermined measured points. GP integrates a covariant function, which uses statistical bayesian inference coupled with Markov Chain to estimate model parameters, based on the collected data. These data are generated based on a proposed experimental design and CT scan image analysis protocol. Finally, and for an efficient implementation of approach, we benefit from establishing correlations between the manufacturing process conditions and the product’s features, based on Key Characteristics (KCs) while considering the whole value chain in AM. These KCs are evaluated based on their importance and ordered hierarchically from a statistical point of view

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Hassaine, Daouadji Valentin. "Caractérisation et modélisation de structures lattices obtenues par fabrication additive : application aux équipements sportifs absorbeurs de chocs." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2020. http://www.theses.fr/2020ECLI0005.

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L’émergence des techniques de fabrication additive permet de réaliser des structures lattices de géométries complexes. Leur potentiel, en termes de légèreté, d’absorption des chocs, de personnalisation et de design attise l'intérêt de l'équipementier sportif DECATHLON, qui envisage ces méso-structures pour des applications casques et chaussures. Ce travail étudie le comportement de différentes géométries de lattices soumises à des chargements de compression.Dans une première partie, la faisabilité technique de produits sportifs en lattices a été évaluée par des compressions statiques et des impacts dynamiques adaptés aux normes casques et chaussures. Cette étude préliminaire a permis de mettre en évidence l’intérêt des lattices dans les applications sportives.La deuxième phase de ce travail a consisté à développer des modèles et méthodes de dimensionnement de lattices. Le comportement mécanique de lattices octets réalisées en deux matériaux (PA12 et TPU) a été caractérisé. La géométrie et le respect dimensionnel de ces structures ainsi que la quantification des champs cinématiques sous sollicitations ont été analysés par micro-tomographie.Un modèle numérique réalisé sous un code éléments finis a ensuite été proposé. Une confrontation aux observations expérimentales a permis d'évaluer la pertinence du modèle. Pour une meilleure représentativité des zones de jonction des poutres (les vertices), et donc une meilleure exploitation des modélisations, une rigidification locale aux vertices est étudiée par un plan d'expérience numérique
Additive manufacturing enables the production of complex parts such as lattice structures. Their potential, in terms of lightness, improved impact performances, customization and design, draws the attention of the sports equipment manufacturer DECATHLON, who is considering these meso-structures for helmets and shoes applications. This study focuses on the behaviour of several lattices subjected to compressive loading.A preliminary experimental phase identified the behaviour of two materials (PA12 and TPU) produced by a laser sintering process (SLS). The technical feasibility of lattices structures in sports products was then evaluated using static compressions and dynamic impacts adapted to helmet and footwear standards.The second stage of the study consists in developing numerical tools for the design of lattices structures. Several lattices were produced. There mechanical behaviour was characterized in several aspects: the static response under compressive loadings was compared to foams conventionally used for energy absorption; the dimensional stability of the structures and the quantification of the kinematic fields under stress were assessed by micro-tomography.Thanks to these observations, the relevance of a numerical lattice model realized under a finite element code was evaluated. Its lack of representativeness of the junction zones of the beams (the vertices) limits its use. Nevertheless, a local stiffening at the vertices, studied by a numerical design of experiment, greatly improved the modeling

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Rabenantoandro, Andry Zaid. "Contribution à la fabrication additive dans la construction : conception d’une tête d’impression intelligente, et matériaux de construction." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2020. http://www.theses.fr/2020ECLI0010.

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L’impression 3D en construction connait un développement exponentiel dans le domaine de la construction. Cette thèse examine l'utilisation des solutions industrielles existantes pour répondre au besoin de l’impression 3D basé sur l'extrusion dans le secteur de la construction. Il n'existe pas de lignes directrices pertinentes pour l’impression 3D en termes de spécification des machines ou de formulation des matériaux. Une étude prospective a été réalisée afin de comprendre l'aspect multidisciplinaire de l'impression 3D. Les principes de la fabrication additive ont été mis en évidence avec ses avantages, ses applications et ses limites. Le processus d'impression 3D a été formalisé en 5 phases distinctes pour la construction. Ainsi, un cadre de travail pour l'impression 3D dans la construction, basé sur la technique d'extrusion, a été proposé. Une introduction du concept de système de système et un niveau d'automatisation intelligent de l'impression 3D dans la construction ont été proposés. Cette partie a été réalisée en complément du cadre de normalisation de la fabrication additive dans la construction. À l'appui du raisonnement scientifique pour concevoir la solution d'impression 3D appropriée, un système global composé de 5 sous-systèmes a été défini. Une approche expérimentale pour l'évaluation de l'imprimabilité a été développée. Elle a consisté en des tests simples et une analyse sans dimension pour caractériser l'imprimabilité des matériaux cimentaires à l'aide d'indicateurs spécifiques. Une tête d’impression a été conçue sur la base de fonctionnalités d'entrée telles que la possibilité d'activer un matériau inerte dans la tête et un contrôle du flux du matériau sortant
3D printing in construction is growing exponentially. This thesis examines the use of existing industrial solutions to meet the need for extrusion-based 3D printing in the construction sector. There are no relevant guidelines for 3D printing in terms of machine specification or material formulation. A prospective study has been carried out to understand the multidisciplinary aspect of 3D printing. The principles of additive manufacturing were highlighted with its advantages, applications and limitations. The 3D printing process was formalized in 5 distinct phases for construction. Thus, a framework for 3D printing in construction, based on the extrusion technique, was proposed. An introduction of a system of system concept and an intelligent level of automation for 3D printing in construction were proposed. This part was realized as a complement to the standardization framework for additive manufacturing in construction. In support of the scientific reasoning to design the appropriate 3D printing solution, an overall system consisting of 5 subsystems was defined. An experimental approach for the evaluation of printability was developed. It consisted of simple tests and dimensionless analysis to characterize the printability of cementitious materials using specific indicators. A print head was designed based on input functionalities such as the possibility to activate an inert material in the head and a control of the outgoing material flow

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Sanviemvongsak, Tom. "Oxydation et corrosion à haute température de superalliages à base de nickel issus de la fabrication additive." Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0066.

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La résistance à l’oxydation isotherme et cyclique de l’alliage 718 produit par le procédé de fusion sélective par faisceau laser (LBM) et par faisceau d’électrons (EBM) a été comparée à celle de l’alliage 718 forgé (AMS5662). Les essais d’oxydation isotherme à 850 °C sous air ont montré des tenues à l’oxydation similaires en termes de prise de masse et d’oxydation intergranulaire pour les trois alliages. L’effet de la rugosité sur les cinétiques d’oxydation a été quantifié et il a été démontré que la cinétique d’oxydation intergranulaire suit le modèle de Wagner de l’oxydation interne avec un contrôle partiel par la diffusion de Al en volume. Les essais d’oxydation cyclique à 900 °C ont montré une couche d’oxyde bien plus adhérente pour l’échantillon forgé que pour les échantillons LBM et EBM. Cela pourrait être dû à une quantité de soufre en solution plus importante dans les échantillons issus de la FA. La résistance à la corrosion chaude cyclique et à l’oxydation cyclique à 900 °C et 1100 °C de superalliages issus de la FA (Alliage A, IN738, C1023 et Hastelloy X) ont été comparées. Les essais réalisés sur le banc d’oxydation cyclique du CIRIMAT et sur le banc brûleur de Safran Helicopter Engine, ont montré des cinétiques de variation de masse similaires sur les deux bancs malgré les atmosphères très différentes, sauf pour les alliages fortement affectés par la corrosion chaude à 900 °C sur banc brûleur. Les alliages les plus sensibles à la corrosion chaude cyclique ont une plus faible teneur en Cr (Alliage A) et/ou une teneur élevée en Mo (C1023), et présentent de l’oxydation intergranulaire (Alliage A, C1023 et 738). Dans l’ensemble, pour les matériaux les plus denses, les résultats ne montrent pas de différences significatives entre les échantillons issus de la FA et ceux coulés, ce qui valide ces nouveaux procédés de fabrication du point de vue de la résistance à l’oxydation-corrosion à haute température
The resistance to isothermal and cyclic oxidation of alloy 718 produced by laser beam melting (LBM) and electron beam melting (EBM) was compared to that of wrought alloy 718 (AMS5662). Isothermal oxidation tests at 850 °C in air showed similar oxidation behaviour in terms of weight gain and intergranular oxidation for all three alloys. The effect of roughness on oxidation kinetics was quantified and it was shown that the intergranular oxidation kinetics follow Wagner's model of internal oxidation partially controlled by the volume diffusion of Al. Cyclic oxidation tests at 900 °C showed a much more adherent oxide layer for the wrought sample than for the LBM and EBM samples. This could be due to a higher amount of sulphur in solution in the AM samples. The resistance to cyclic hot corrosion and cyclic oxidation at 900 °C and 1100 °C of superalloys from AM (Alloy A, IN738, C1023 and Hastelloy X) were compared. The tests carried out on CIRIMAT’s cyclic oxidation rig and on Safran Helicopter Engine’s burner rig showed similar mass variation kinetics on the two rigs despite the very different atmospheres, except for alloys strongly affected by hot corrosion at 900 °C on the burner rig. The alloys most susceptible to cyclic hot corrosion have a lower Cr content (Alloy A) and/or a high Mo content (C1023), and exhibit intergranular oxidation (Alloy A, C1023 and 738). Overall, for the densest materials, the results do not show significant differences between the samples made by AM and the cast samples. These results validate the use of these AM Ni-based superalloys, as far as high temperature oxidation-corrosion is concerned

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Ginoux, Geoffrey. "Impression 3D et nanocomposites : Étude du comportement de mélanges PLA/argile appliquée à la fabrication additive par extrusion de matériaux." Thesis, Reims, 2018. http://www.theses.fr/2018REIMS016/document.

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Abstract:

La fabrication additive est un procédé d’élaboration permettant la mise en forme d’une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives. Bien que de plus en plus de polymères puissent être mis en œuvre par cette technologie, les polymères chargés en sont quasiment absents, alors qu’ils sont largement utilisés dans les autres types de procédés de mise en forme. Les objectifs scientifiques et technologiques du projet concernent (i) une meilleure compréhension des relations entre le comportement rhéologique de systèmes polymères et leur aptitude à la mise en forme par les technologies de fabrication additive FDM, (ii) le développement de formulations de base de polymères bio-sourcés adaptées à ces technologies et apportant une multifonctionnalité. Le premier objectif nécessitera tout d’abord d’identifier les conditions (température, gradients de vitesse, nature des contraintes, …) imposées par les procédés considérés puis de mettre en place et/ou d’adapter les moyens de caractérisation du comportement rhéologique des systèmes polymères dans ces conditions. Le comportement rhéologique en cisaillement mais aussi en élongation pourra être considéré. Il conviendra en particulier d’identifier les compromis nécessaires entre comportement adapté à l’écoulement en filière ou en buse et aptitude à la fusion et à la consolidation couche par couche. Enfin, l’effet des différentes voies de fonctionnalisation envisagées sur le comportement rhéologique et thermique et donc sur l’aptitude à la mise en forme devra être analysé. De façon à adapter les polymères bio-sourcés à un large panel d’applications, diverses voies de fonctionnalisation seront considérées, basées sur le compoundage avec des charges particulaires
Additive manufacturing process is a preparation for the forming of a workpiece by the addition of material, by stacking successive layers. Although more and more polymers can be implemented by this technology, the filled polymers are practically absent, so they are widely used in other types of shaping methods. The scientific and technological objectives of the project are (i) a better understanding of the relationship between the rheological behavior of polymer systems and their ability to shaping by additive manufacturing technologies FDM, (ii) the development of polymer-based formulations biosourced adapted to these technologies and providing multifunctionality. The first goal will require first of all to identify the conditions (temperature, velocity gradients, nature constraints ...) imposed by the processes considered then to implement and / or adapt the means of characterization of the rheological behavior of polymer systems under these conditions. The rheological behavior in shear but also in elongation may be considered. It should in particular identify the necessary compromise between behavior adapted to the flow at the die or nozzle and meltability and consolidation layer by layer. Finally, the effect of different ways of functionalization considered on the rheological and thermal behavior and thus on the ability to formatting will be analyzed. In order to adapt the bio-sourced polymers for a wide range of applications, various routes of functionalization will be considered based on compounding with particulate fillers

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Jaber, Jana. "Application de la fabrication additive à la modélisation physique des joints et des massifs rocheux, par approches expérimentales et numériques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0071.

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Cette thèse présente une étude de l’application de la fabrication additive (connue sous le nom d’impression 3D) à la mécanique des roches. Elle s’inscrit dans le cadre d’un projet plus large visant à construire un modèle physique de 2m3 d’un massif rocheux explicitement discontinu, dont le comportement est contrôlé principalement par les discontinuités. La technique de fabrication additive adoptée est le frittage laser (SLS), le matériau utilisé est un polymère : le polyamide 12 (PA12). Dans un premier temps des joints artificiels construits par SLS sont testés sous essais de cisaillement à contrainte normale constante. Deux familles de discontinuités sont étudiées. La première est formée par des joints à géométrie simplifiée (joints planaires ou en dents de scies) ayant une ouverture de 0,4mm et contenant des ponts rocheux. Les résultats montrent que cette technique de fabrication des joints en PA12 permet d’obtenir un comportement global similaire à celui des joints rocheux naturels, avec une cohésion pilotée par les ponts rocheux, et un angle de frottement dépendant de l’angle des aspérités. La deuxième famille est constituée de joints ayant des rugosités plus réalistes, auxquelles on peut attribuer une valeur de JRC, communément utilisée pour décrire les joints naturels. Cette configuration permet elle aussi de reproduire un comportement global équivalent à celui des joints naturels, avec une mobilisation des aspérités primaires et secondaires des surfaces. Les résultats obtenus sont comparés au critère de rupture de Barton-Bandis. Cette étude expérimentale est complétée par une modélisation numérique sous le logiciel UDEC, dans le but d’étudier la capacité des modèles existants à reproduire le comportement des joints artificiels obtenu expérimentalement, et de calibrer numériquement les paramètres mécaniques utilisés dans la modélisation pour représenter les essais expérimentaux. Dans un second temps, des éprouvettes cylindriques (16 x 32 cm) contenant deux ou huit discontinuités à géométrie simplifiée (planaire + ponts rocheux) sont fabriquées et testées sous compression uni-axiale. Il s’agit d’une première tentative d’un modèle réduit explicitement discontinu et contenant des joints ayant un comportement mécanique contrôlé. Les résultats permettent de mettre l’accent sur l’influence des discontinuités sur le comportement global d’un massif rocheux. Ces essais sont comparés à une modélisation numérique sous 3EDC. Finalement, et afin d’étudier l’applicabilité de cette technique à la modélisation physique, les lois de similitudes sont appliquées aux résultats obtenus dans les parties précédentes. Il en ressort qu’il est possible d’utiliser la SLS et le PA12 en modélisation physique des massifs rocheux, jusqu’un facteur d’échelle sur les dimensions métriques de 1/25
This thesis presents a study of the application of additive manufacturing (known as 3D printing) to rock mechanics. It is part of a larger project aimed at building a 2m3 physical model of an explicit discontinuous rock mass, whose behaviour is mainly controlled by discontinuities. The 3DP technology adopted in this work is selective laser sintering, and the material is Polyamide 12. First, we present the experimental results of the mechanical characterization of artificial rock joints constructed by 3DP. Two joint families are tested. The first is characterized by a fixed aperture (0,4mm), a simplified geometry (planar or sawtooth), and containing rock bridges. The mechanical characterization shows that these joints exhibit a mechanical behavior similar to that of natural rock joints under shear tests, with a cohesion driven by the rock bridges, and a friction angle which depends on the angle of the asperities. The second family consists of joints with more realistic roughnesses, to which a JRC value, commonly used to describe natural joints, can be assigned. Again, experimental results show the potential of artificial joints to reproduce the mechanical behavior of natural joints, and to respect the Barton-Bandis criterion. Experimental studies are coupled with numerical modeling, using the UDEC software, to define the appropriate model that reproduces the experimental results, and to calibrate the mechanical parameters of both joints type. After defining different artificial joints with controlled parameters, cylindrical samples (16 x 32 cm) containing two and eight planar discontinuities with rock bridges are printed and tested under uni-axial compression. This is a first attempt at an explicitly discontinuous physical model containing joints with controlled mechanical behaviour. The mechanical behavior of these samples highlights the influence of discontinuities in controlling the global behavior and resistance of rock masses. The results are then compared to a numerical modeling under 3EDC. Finally, scaling laws are applied to the previous results. The application of scale factors to the experimental results shows the possibility of representing natural rock mass and rock joints with artificial 3DP joints (SLS technique) up to a scale factor on metric dimensions of 1/25

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Corona, Galvan Luis. "Prototypage rapide de pièces en acier : étude du dépôt de matière et d'énergie lors de la fusion à l'arc d'un fil par le procédé MIG-CMT." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS062/document.

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Un banc d’essai spécialement dédié à la fabrication additive par une nouvelle technologie basée sur la fusion à l’arc électrique d’un fil métallique a été développé. Le procédé utilise une source de soudage à l’arc appelée Cold Metal Transfer (CMT) pour assurer la fusion contrôlée d’un fil métallique et le dépôt de gouttelettes de métal liquide, afin de produire par la superposition de cordons des pièces mécaniques. La technologie développée a été employée pour fabriquer des éprouvettes à partir d’un fil en acier faiblement alliés. L’influence des nombreux paramètres contrôlant la source de soudage à l’arc sur les mécanismes de fusion du fil et de transfert des gouttelettes de métal fondu pour former les cordons a été étudiée. Les cycles de fusion-transfert de métal liquide ont été analysés en particulier au regard des énergies générées durant chacune des phases du cycle. Cette connaissance a permis de trouver des réglages du procédé permettant d’accroître le taux de dépôt de métal en comparaison des réglages standards préenregistrés dans le microprocesseur du générateur de soudage CMT. Des murs constitués par la superposition d’un grand nombre de cordons ont ensuite été réalisés, et l’influence de l’ajout de nombreuses couches sur la géométrie des dépôts discutée. Finalement, une méthode de contrôle en ligne du procédé, basée sur le principe des cartes de contrôle, a été développée. Une étude approfondie des formes d’onde d’intensité et de tension représentatives du cycle de fusion/transfert avec le procédé CMT a permis d’identifier les caractéristiques les plus pertinentes pour détecter, à partir d’une carte de contrôle, une dérive du procédé pouvant conduire à l’apparition de défauts géométriques
A test bench specially dedicated to additive manufacturing by a new technology based on the electric arc melting of a metallic wire has been developed. This technology uses an electric arc welding process called Cold Metal Transfer (CMT) as energy source to ensure the controlled melting of the wire and the deposition of liquid metal droplets to produce mechanical parts by superposing weld beads. The developed technology was used to make specimens from a low alloyed steel wire. The influence of the many parameters controlling the arc welding source on the mechanism of wire melting and transfer of molten metal droplets to form weld beads was studied. The melting-transfer cycles of liquid metal were analyzed in particular with special interest in the energies generated during each of the cycle phases. This knowledge has made possible to find different process settings for increasing the metal deposition rate compared to the pre-recorded standard settings in the microprocessor of the CMT welding generator. Walls consisting of the superposition of a large number of weld beads were then made, and the influence of the addition of many layers on the geometry of the deposits were discussed. Finally, a method of online control of the process, based on the principle of control charts, has been developed. A detailed study of the representative waveforms of current and voltage of the melting / transfer cycle with the CMT process has allowed to identify the most relevant characteristics for detecting, from a control chart, a deviation on the process that may lead to the appearance of geometrical defects

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Limousin, Maxime. "Développement d’inserts de moule pour l’injection plastique en acier inoxydable martensitique et en verre métallique massif produits par Laser Beam Melting (LBM)." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEE003.

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Cette thèse a pour but d’augmenter la durée de vie des moules pour l’injection plastique. Les principaux phénomènes à refréner sont l’usure par abrasion et l’usure par corrosion. Pour ce faire, deux familles de matériaux ont été présélectionnées. Il s’agit des aciers à outils inoxydables et des verres métalliques massifs. Ces travaux détaillent donc la sélection, le développement et la caractérisation d’une nuance pour chacune de ces familles. In fine, cette thèse délivre un nouvel acier adapté à la fabrication additive et aux moules d’injection plastique, allant de l’élaboration de la poudre à l’optimisation des paramètres LBM et de ceux du traitement thermique. Cet acier permet d’offrir un bon compromis en termes de propriétés thermiques, mécaniques et de résistance à la corrosion. Quant au verre métallique massif, ces travaux de thèse démontrent que la nuance choisie permet de conserver suffisamment de matériau amorphe pour induire des propriétés exceptionnelles
The aim of this thesis is to increase molds lifetime. Mains phenomena to limit are abrasion wear and corrosion. For this purpose, two material families have been preselected. They have been identified among stainless steels and bulk metallic glasses. This work details their selection, development in additive manufacturing and characterization for both materials. In the end, this thesis delivers a new steel grade adapted to the additive manufacturing and plastic injection molds, which affords good corrosion resistance, high hardness and a comparatively good thermal conduction. Concerning the bulk metallic glass, this work shows that the chosen composition allowed to preserve enough amorphous material to induce exceptional properties and give strong hopes to continue in this vein

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Béal, Maxime. "Compréhension et maîtrise de la mise en œuvre par fabrication additive (LPBF) d'un alliage d'aluminium à basse teneur en silicium pour l'aéronautique." Electronic Thesis or Diss., Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDL0026.

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Abstract:

La fabrication additive devenant de plus en plus mature a montré sa capacité à être une technologie de rupture en matière d’innovation industrielle. En effet, la fabrication additive permet d’obtenir une pièce quasi fonctionnelle à partir d’un fichier 3D. La fusion laser sur lit de poudre (Laser Powder Bed Fusion - LPBF) est l’un des procédés de fabrication additive. La société Thales® est très fortement intéressée par ce type de procédé et souhaite le développement du LPBF pour accentuer sa compétitivité sur le marché aéronautique. Un alliage d’aluminium a été développé pour le procédé LPBF et breveté par Thales en 2019. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont comme objectif de poursuivre les travaux menés sur cet alliage et de faciliter le processus d’industrialisation de celui-ci par le procédé LPBF pour des pièces destinées à l’aéronautique et l’aérospatiale. Le manuscrit est divisé en 4 parties, la première traitant de la bibliographie et des méthodes utilisées. La deuxième partie aborde l’interaction laser matière et l’optimisation de la rugosité. La partie numéro trois traite du cycle de vie de la poudre en analysant l’effet de la réutilisation et du stockage sur le procédé. Enfin la quatrième et dernière partie aborde l’optimisation de la composition chimique de l’alliage et la recherche d’un traitement thermique adapté. L’optimisation de l’interaction laser a montré la relation entre les paramètres utilisés et la géométrie des bains de fusion formés. Il a également été montré qu’il était plus difficile de mettre en oeuvre l’alliage 6061-Zr qu’un alliage d’aluminium de fonderie type Al-Si. Ce chapitre a également mis en lumière le phénomène de focal shift et l’importance de l’altitude plateau impactant fortement le procédé. Par la suite une optimisation de la rugosité a été effectuée en appliquant des contours. Un très bon état de surface est obtenu, néanmoins, cette méthode a été éprouvée sur des géométries plus complexes que des cubes et a montré ces faiblesses. Le traitement de la poudre a ensuite été abordé. La réutilisation de la poudre conduit à une hausse du taux d’oxygène et une modification chimique de la poudre. Le tamisage est essentiel pour garantir la granulométrie et éviter ces phénomènes. Le stockage des poudres est critique pour les applications visées. En effet, le stockage tel que réalisé dans cette étude a montré un fort impact sur le procédé réduisant la densité, l’allongement et la résilience des pièces tout en dégradant l’état de surface. Le brevet concernant le 6061-Zr étant assez large, le taux de Zirconium a été optimisé afin de répondre le plus possible au cahier des charges tout en évitant le phénomène de fissuration à chaud. Par la suite, des traitements thermiques ont été appliqués sur des alliages comportant différents taux de Zirconium afin d’observer l’impact de ces traitements en fonction de la température, de la durée et de la présence plus ou moins importante de Zirconium. L’ensemble de ces résultats a permis de lever des verrous scientifiques et facilite ainsi la progression de cette technologie vers une industrialisation maîtrisée pour des applications aéronautiques et spatiales
Additive manufacturing is becoming more and more mature and has shown its capacity to be a disruptive technology in terms of industrial innovation. Indeed, additive manufacturing allows to obtain a functional part from a 3D file. Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is one of the additive manufacturing processes. Thales® is very interested in this type of process and would like to develop LPBF to increase its competitiveness in the aeronautical market. An aluminium alloy has been developed for the LPBF process and patented by Thales in 2019. The objective of the thesis work presented in this manuscript is to continue the work carried out on this alloy and to facilitate the industrialisation process of this alloy by the LPBF process for aeronautical and aerospace parts. The manuscript is divided into 4 parts, the first one focusing on the bibliography and the methods used. The second part deals with laser-material interaction and roughness optimisation. Part three deals with the life cycle of the powder by analysing the effect of reuse and storage on the process. Finally, the fourth and last part focuses on the optimisation of the chemical composition of the alloy and the search for a suitable heat treatment. The optimisation of the laser interaction showed the relationship between the parameters used and the geometry of the molten pool formed. It was also shown that it was harder to use the 6061-Zr alloy than a cast aluminium alloy such as Al-Si alloy. This chapter also highlighted the focal shift phenomenon and the importance of the plate altitude which has a strong impact on the process. Subsequently, a roughness optimisation was carried out by applying contours. A very good surface finish was obtained, however, this method was tested on more complex geometries than cubes and showed its weaknesses. The life cycle of the powder was then discussed. The reuse of the powder leads to an increase in oxygen content and chemical modification of the powder. Sieving is essential to ensure particle size and avoid these phenomena. The storage of powders is critical for the intended applications. Indeed, storage as carried out in this study has shown a strong impact on the process reducing the density, elongation and resilience of the parts while degrading the surface finish. As the patent for 6061-Zr is quite broad, the zirconium content was optimised to meet the specifications as much as possible while avoiding hot cracking. Subsequently, heat treatments were applied to alloys with different levels of Zirconium in order to observe the impact of these treatments as a function of temperature, duration and the level of Zirconium content. All of these results helped to remove scientific obstacles and thus facilitate the progression of this technology into controlled industrialisation for aeronautical and space applications

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Doutre, Pierre-Thomas. "Comment intégrer et faire émerger des structures architecturées dans l'optimisation de pièces pour la fabrication additive par faisceaux d’électrons." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI039.

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Abstract:

Grâce à la fabrication additive, il est aujourd'hui possible de fabriquer de nouvelles géométries. Les perspectives offertes par les moyens de fabrications conventionnelles et additives sont très différentes. Des propositions de design très contraintes peuvent devenir beaucoup plus libres avec la fabrication additive. Cette liberté qu'elle offre fait émerger une multitude de possibilités. Dans ce manuscrit, nous nous sommes focalisés sur un type particulier de structures (les octetruss) ainsi que sur les moyens de fabrication EBM (Electron Beam Melting) de la société ARCAM. Les travaux présentés dans cette thèse ont été réalisés au sein des laboratoires G-SCOP et SIMAP ainsi qu'en partenariat avec l'entreprise POLY-SHAPE. Ce manuscrit est articulé autour de trois principaux points.Il s'agit tout d'abord de faire émerger des structures treillis lors du processus de conception. Pour cela, deux approches existantes sont détaillées. La première met en œuvre l'optimisation topologique et la seconde s'appuie sur le concept de matériau équivalent. Ensuite deux méthodologies permettent de faire émerger des zones dans lesquelles l'intégration de structures treillis est adaptée. La première consiste à réaliser les différentes zones en s'appuyant sur un champ de contraintes issu d'un calcul Eléments Finis, la seconde se base sur un résultat d'optimisation topologique pour établir les différentes zones. Cette seconde méthodologie est appliquée à un cas d'étude industriel.Ensuite nous étudions comment remplir les différentes zones avec des structures treillis adaptées en nous focalisant tout d'abord sur leur génération. Un accent particulier est porté sur l'intersection des différents barreaux par la mise en place de sphères. Une méthodologie permettant de générer des arrondis est également proposée. Une étude est menée sur l'ensemble des paramètres et informations à considérer pour intégrer une structure treillis à une zone donnée. Cette étude conduit à une proposition de méthodologie qui est appliquée à un cas d'étude industriel.Enfin, les aspects liés à la fabrication sont pris en compte. Pour cela, nous considérons différentes limites du moyen de fabrication EBM pour des structures treillis comme les dimensions maximales réalisables ou les problématiques thermiques. Une étude consistant à prédire la dépoudrabilité des pièces est réalisée. Enfin, des essais mécaniques sont effectués. Nos résultats sont comparés à ceux obtenus dans d'autres travaux. L'impact des arrondis sur le comportement mécanique d'une pièce est discuté
Thanks to additive manufacturing, it is now possible to manufacture new geometric shapes. The prospects offered by the methods of conventional and additive manufacturing are very different. Highly constrained design proposals can become much freer with additive manufacturing. The freedom it offers brings forward a multitude of possibilities. In this manuscript, we focused on a particular type of structures (the octetruss) as well as the use of EBM (Electron Beam Melting) of ARCAM as a means of manufacturing. The work presented in this thesis was carried out in the laboratories G-SCOP and SIMAP as well as in partnership with the company POLY-SHAPE. This manuscript focuses on three main points.The first of which is the action of emergence of lattice structures during the design process. For this, two existing approaches are detailed. The first uses topological optimization and the second is based on the concept of equivalent material. Following these, there are two methodologies used to identify areas in which the integration of lattice structures is possible and appropriate. The first consists of creating the different zones by relying on a stress field resulting from a finite element calculation, the second establishes the different zones using a topological optimization result. This second methodology is applied to an industrial case study.Secondly, we study how to fill the different areas with appropriate lattice structures by focusing first on their generation. Particular emphasis is placed on the intersection of the various bars by the establishment of spheres. A methodology for generating rounded-shape is also proposed. A study is carried out on all the parameters and information in order to integrate a lattice structure to a given area. This study leads to a proposed methodology that is applied to an industrial case study.Finally, aspects related to manufacturing are taken into account. For this, we consider different limits of the EBM manufacturing and what they mean for lattice structures; such as maximum achievable dimensions or thermal problems. A study to predict powder removal in order to extract the fabricated structure is performed. Mechanical tests are carried out. Our results are compared to those obtained in other works. The impact of curve on the mechanical behavior of a product is discussed

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Fischer, Marie. "Élaboration in situ d’alliages de titane et de structures architecturées par fabrication additive : application aux dispositifs médicaux implantables." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0257/document.

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Abstract:

La problématique initiale part du constat que les échecs d’implants sont souvent causés par une inadéquation entre les propriétés élastiques de l’os et celles de l’implant. Aujourd’hui, ce problème de biocompatibilité mécanique suscite un intérêt croissant et a conduit au développement d’alliages de titane β-métastables qui possèdent un module d’élasticité faible, moitié moindre que celui de l’alliage Ti-6Al-4V classiquement utilisé dans les applications d’implantologie. De plus, les structures architecturées ou treillis font, elles aussi, l’objet d’intenses recherches dans le but de réduire le module d’élasticité et de maximiser la résistance. Leur mise en forme, avec une maîtrise précise de l’architecture, est possible grâce à la fabrication additive et les nombreuses possibilités qu’elle offre : liberté de design, gain matière, pièces complexes, customisation de masse... Ce travail de thèse porte sur la mise en œuvre de l’alliage de titane à bas module d’élasticité Ti-26Nb(%at.) par la technologie de fusion laser sur lit de poudres. Une stratégie d’élaboration in situ de ces alliages à partir de poudres élémentaires de Ti et de Nb est explorée, à la fois pour permettre d’éventuels ajustements de composition, et pour pallier au manque de disponibilité des alliages de titane sous forme de poudres. La démarche est réalisée avec deux morphologies de poudre, irrégulière et sphérique. Les effets des nombreux paramètres de ce procédé (puissance du laser, vitesse et stratégie de balayage...) sur l’homogénéité et la porosité des pièces élaborées sont quantifiés. Un alliage homogène peut être obtenu sous réserve de l’utilisation d’une densité d’énergie adaptée et d’une granulométrie de poudre tenant compte des températures de fusion respectives des éléments. La caractérisation de la microstructure met en évidence une texture marquée, dépendante de la stratégie de balayage. Les pièces élaborées présentent un bas module d’élasticité associé à une résistance mécanique élevée, avec une déformation élastique favorable par rapport à un alliage de référence coulé. Par ailleurs, un algorithme d’optimisation est développé et permet de contrôler les propriétés mécaniques d’une structure architecturée à partir de ses paramètres géométriques (rayon, longueur et orientation des poutres). La combinaison de cet alliage de titane à bas module d’élasticité et d’une structure architecturée développée à partir ce cet algorithme a été appliqué à une prothèse totale de hanche, qui a fait l’objet de simulations par éléments finis. L’évaluation du phénomène de stress-shielding montre que, comparativement à un modèle massif plus rigide, ce type de prothèse permet de réduire de façon significative la déviation des contraintes. En se rapprochant du modèle dit physiologique, cette prothèse peut être qualifiée de « biomimétique » sur le plan du comportement mécanique
The initial problematic arises from the fact that implant failure is often caused by a mismatch between the elastic properties of the bone and those of the implant. Nowadays, an increasing interest is given to this mechanical biocompatibility and led to the development of β-metastable titanium alloys that possess low Young’s modulus, about half that of the conventionally used Ti-6Al-4V alloy. Moreover, lattice structures are currently being the subject of many investigations with the aim of achieving low Young’s modulus and high strength. Their fabrication, with accurate control over the architecture, is made possible thanks to additive manufacturing processes and the several possibilities they offer: design freedom, reduced material usage rate, complex shapes, mass customisation... The present work focuses on the implementation of low modulus titanium alloy Ti-26Nb(at.%) by the means of selective laser melting. An in situ elaboration strategy, based on a mixture of elemental powders, is explored in order to allow potential composition adjustments and to overcome the unavailability of titanium alloy powders. The approach is carried out using two distinct powder morphologies, spherical and irregular. The effects of the numerous parameters of the process (laser power, speed, scanning strategy...) on homogeneity and porosity of the manufactured parts is quantified. A homogeneous alloy can be obtained subject to the use of suitable energy density levels and powder size distributions that take into account the respective fusion temperatures of both elements. Microstructure characterisation highlights a pronounced texture resulting from the scanning strategy. The elaborated samples display a low Young’s modulus associated with a high strength, and hence a favourable strength to elastic modulus ratio compared to the reference cast alloy. Furthermore, an optimization algorithm is developed and allows controlling the mechanical properties of a lattice structure with its geometrical parameters (radius, length and orientation of struts). The combined use of this low Young’s modulus titanium alloy with a lattice structure developed through this algorithm was applied to the design of a total hip prosthesis that was subjected to finite element simulations. Stress-shielding evaluation shows that, compared to a solid design, this kind of prosthesis permits to reduce stress-shielding significantly. By getting closer to a physiological model, this prosthesis can be qualified as “biomimetic” in terms of mechanical behaviour

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Carassus, Hugo. "Comportement dynamique des matériaux cellulaires issus de la fabrication additive pour l'allègement structural et la sécurité au crash et à l'impact." Electronic Thesis or Diss., Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2023. http://www.theses.fr/2023UPHF0003.

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Abstract:

L'essor de la fabrication additive depuis la fin du XXème siècle permet d'envisager la conception de nouveaux matériaux cellulaires architecturés combinant légèreté et grande capacité d'absorption d'énergie. Leur utilisation dans les secteurs du transport terrestre ou aérien revêt alors un intérêt certain pour contribuer conjointement à l'allégement structural et à la sécurité en cas de crash et/ou d'impacts.Les objectifs des travaux de recherche sont d'étudier et de modéliser le comportement mécanique, sous chargements uniaxiaux en dynamique rapide, de cette nouvelle catégorie de matériaux cellulaires, les structures TPMS « Triply Period Minimal Surface », dont l'état de l'art actuel est plutôt centré sur les chargements quasi-statiques ou cycliques.Les travaux présentés dans cette thèse sont organisés en trois volets. La première partie vise à caractériser le comportement mécanique du matériau constitutif, l'acier 316L choisi pour sa grande ductilité, élaboré par le procédé SLM « Selective Laser Melting ». Les spécificités induites par la fusion laser sur lit de poudre telles que l'anisotropie et la sensibilité à la vitesse de déformation sont identifiées et modélisées par des lois de comportement matériaux.La deuxième partie de cette thèse s'intéresse à la réponse mécanique des structures TPMS en régimes quasi-statique et dynamique. Plusieurs paramètres tels que la densité relative ou le type de géométrie sont approfondis. Les réponses mécaniques des structures présentent les caractéristiques d'un absorbeur d'énergie idéal avec l'absence de pic d'entrée, une longue phase plateau légèrement ascendante et une densification tardive. De plus, les mécanismes de déformation sont stables. Comparativement à d'autres matériaux cellulaires dits conventionnels, les capacités d'absorption d'énergie des structures TPMS sont supérieures avec l'avantage d'être moins sensible à la direction de sollicitation pour un chargement uniaxial. En régime dynamique, la hausse observée des capacités d'absorption d'énergie est liée à la sensibilité du matériau constitutif.Cette approche expérimentale est couplée à une approche numérique EF détaillée à l'échelle mésoscopique afin de pouvoir mieux appréhender les mécanismes locaux d'effondrement que la mesure seule ne permet pas, notamment en dynamique. C'est le sujet de la troisième et dernière partie. Le modèle numérique est capable de prédire assez fidèlement la réponse mécanique expérimentale en se basant notamment sur les lois de comportement matériau identifiées au préalable. Localement, la déformation se fait comme une combinaison de plusieurs mécanismes tels que le flambement, la flexion et le cisaillement. Des diagrammes d'absorption d'énergie et des lois de Gibson et Ashby sont déterminés dans l'optique de relier les capacités d'absorption d'énergie aux dimensions géométriques et donc de choisir la configuration la plus adaptée aux spécifications imposées
The rise of additive manufacturing since the end of the 20th century has made it possible to consider the design of new architectural cellular materials combining lightness and high energy absorption capacity. Their use in the field of ground or air transport sectors is therefore of interest to contribute jointly to structural lightening and safety in the event of a crash and/or impact.The objectives of the research work are to investigate and model the mechanical behaviour, under uniaxial dynamic loadings, of this new category of cellular materials, the TPMS (Triply Period Minimal Surface) structures, for which the current state of the art is rather focused on quasi-static or cyclic loadings.The work presented in this thesis is organised in three parts. The first part aims to characterise the mechanical behaviour of the constitutive material, 316L steel chosen for its high ductility, produced by the SLM (Selective Laser Melting) process. The specificities induced by laser melting on a powder bed, such as anisotropy and strain rate sensitivity, are identified and modelised by material behaviour laws.The second part of this thesis focuses on the mechanical response of TPMS structures under quasi-static and dynamic solicitations. The mechanical responses of the structures show the characteristics of an ideal energy absorber with the absence of an initial peak, a long and slightly rising plateau phase, and a late densification. In addition, the deformation mechanisms are stable. Compared to other so-called conventional cellular materials, the energy absorption capacities of TPMS structures are superior with the advantage of being less sensitive to the direction of solicitation for uniaxial loading. In the dynamic regime, the observed increase in energy absorption capacities is linked to the sensitivity of the constitutive material.This experimental approach is coupled with a detailed numerical FE approach at the mesoscopic scale in order to better understand the local collapse mechanisms that measurement alone does not allow, especially under dynamic solicitations. The numerical model is capable of predicting the experimental mechanical response fairly accurately, based in particular on the material behaviour laws identified previously. Locally, the deformation is a combination of several mechanisms such as buckling, bending and shearing. Energy absorption diagrams and Gibson-Ashby laws are determined in order to relate the energy absorption capacities to the geometrical dimensions and thus to choose the most suitable configuration for the imposed specifications

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Danaci, Simge. "Optimisation et intégration de catalyseurs structurés en réacteurs structurés pour la conversion de CO₂ en méthane." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI041/document.

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Abstract:

Dans cette étude de doctorat, la technique de dépôt tridimensionnel de fibres (3DFD) a été appliquée pour développer et fabriquer des structures de support catalytique multi-canaux avancées. En utilisant cette technique, le matériau, la porosité, la forme et la taille des canaux et l'épaisseur des fibres peuvent être contrôlées. L'objectif de cette recherche est d'étudier les performances des supports structurés 3D conçus pour la méthanation du CO2 en termes d'activité, de sélectivité de stabilité et d’étudier l'impact des propriétés spécifiques introduites dans la conception structurale des supports
In this doctoral study, the three dimensional fibre deposition (3DFD) technique has been applied to develop and manufacture advanced multi-channelled catalytic support structures. By using this technique, the material, the porosity, the shape and size of the channels and the thickness of the fibres can be controlled. The aim of this research is to investigate the possible benefits of 3D-designed structured supports for CO2 methanation in terms of activity, selectivity and stability and the impact of specific properties introduced in the structural design of the supports

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Bercelli, Lorenzo. "Étude des propriétés en fatigue polycyclique des matériaux et des structures obtenus par le procédé de fabrication additive arc-fil." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0008.

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Abstract:

Les procédés de fabrication additive s’imposent comme des moyens de production alternatifs pour la fabrication de pièces aux géométries complexes et à forte valeur ajoutée. C’est le cas du secteur industriel naval, où est proposée l’utilisation du procédé Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) pour la fabrication de pièces pouvant être creuses. Les matériaux issus de ce procédé présentent classiquement une microstructure hétérogène, des défauts internes, un champ de contraintes résiduelles et des aspérités marquées en surface. Dans ce contexte, et afin de mettre en place une méthode de dimensionnement en fatigue polycyclique d’une structure fabriquée par WAAM, les objectifs de cette thèse sont de proposer des méthodes de prévision prenant en compte, d’une part, les défauts internes inhérents au procédé, et d’autre part, l’état de surface brut de fabrication. La démarche adoptée pour répondre à ces objectifs repose sur l’utilisation de la thermométrie au cours d’essais cycliques pour l’identification de paramètres utiles à la mise en place de modèles probabilistes adaptés à chaque problématique. Il est ainsi montré, d’une part, que l’auto-échauffement (associé au caractère dissipatif) du volume moyen d’éprouvettes usinées, insensible à la présence de rares pores, permet l’identification de propriétés en fatigue d’un matériau virtuellement sain et par étude numérique du matériau avec ses défauts internes. D’autre part, le suivi par thermo-élasticimétrie (associé au couplage thermo-élastique) de surfaces brutes de fabrication permet la détection de l’amorçage de fissure et leur suivi en vue de l’identification d’une loi de propagation. Enfin ces observations sont confrontées au cas d’application d’une structure creuse aux faces internes brutes, à partir de laquelle sont posées les bases d’une démarche de dimensionnement
Additive manufacturing processes act as an alternative to the production of complex geometries and high added value parts. It is the case in the naval industry for which the Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) process is used to fabricate hollow structures. WAAM materials usually show a heterogeneous microstructure, internal defects, a strong residual stress field and rough asbuilt surfaces. The objective of the present work is to propose a method for fatigue life prediction taking into account both the internal defects and the rough asbuilt surfaces. The material parameters of probabilistic models are determined through the use of thermometry in fatigue tests. Firstly, it is shown that the self-heating of machined samples is not affected by the presence of rare pores, allowing for the identification of the fatigue properties of a virtually defect-free WAAM material. Secondly, the use of infrared thermography allows for the detection and the tracking of fatigue cracks on rough as-built surfaces of samples, giving useful information to the modelisation of crack propagation. Finally, these tests results are confronted to the case of a hollow WAAM structures with rough as-built internal surfaces. The fatigue testing of these structures allow to set the basis of a fatigue dimensioning method

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Marion, Guillaume. "Modélisation de procédés de fabrication additive de pièces aéronautiques et spatiales en Ti-6AI-4V par dépôt et fusion sélective d'un lit de poudre par laser : Approche thermique, métallurgique et mécanique." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM055.

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Abstract:

La fabrication additive est une famille de procédés permettant de construire des pièces finies, saines, de géométries très complexes, tout en diminuant le temps de développement des pièces, les coûts et les délais vis-à-vis des techniques de fabrication conventionnelles. Le point commun à tous ces procédés est de construire une pièce directement à partir des données CAO définissant sa géométrie sans outillage autre que la machine de fabrication additive.Cette thèse de Doctorat s'inscrit dans le projet de recherche FALAFEL (Fabrication Additive par procédé LAser et Faisceaux d’ÉLectrons) rassemblant les filières aéronautique et procédés laser dans le but de mettre en œuvre, d’améliorer et de valider des procédés de fabrication additive de pièces métalliques, dans des conditions industrielles et sur des composants aéronautiques.L'objectif est de proposer un modèle numérique permettant d’obtenir, dans des temps raisonnables, des informations sur les caractéristiques thermique, métallurgique et mécanique de pièces industrielles en titane Ti-6Al-4V destinées à être fabriquées par deux procédés de fabrication additive : la projection de poudre (Direct Metal Deposition ou DMD) et la fusion laser sélective (Selective Laser Melting ou SLM)
Additive manufacturing processes allow to build finished industrial parts with very complex geometry, while reducing development time and costs compared to conventional manufacturing processes. The main principle of all these processes is to build components directly from a CAD file defining its geometry without requiring any mold nor specific tools.This study is part of the FALAFEL research project focused on additive manufacturing processes by laser and electron beams. It is composed of academic research laboratories and industrial partners from Aeronautics and Laser Processes industries. The main goal of this project is to implement, improve and validate additive manufacturing processes regarding the production of metallic components for Aeronautics. Studies are conducted under industrial conditions.The aim of our thesis is to provide a numerical model to obtain, within a reasonable time, information about the mechanical and metallurgical properties of industrial components made out of titanium Ti-6Al-4V. It is aimed at two additive manufacturing processes: the Direct Metal Deposition (DMD) and the Selective laser melting (SLM)

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Blanc, Toinou. "Fabrication additive par dépôt laser direct de TA6V : étude expérimentale dans des régimes de forte productivité, modèles de comportement et recyclage de la poudre." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM047.

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La fabrication additive, ou impression 3D, regroupe plusieurs procédés permettant d’obtenir des pièces par empilement de couches de matière à partir de modèles CAO, sans outillage spécifique. En l’espace d’une dizaine d’années, les procédés additifs ont vu leur notoriété croître bien plus rapidement que la rentabilité de leurs applications industrielles.En effet, ces technologies doivent encore gagner en maturité, en particulier pour les applications métalliques. C’est l’enjeu du projet FUI-9 FALAFEL dans lequel s’inscrit cette thèse, menée en partenariat avec plusieurs acteurs industriels et académiques. Elle a pour but d’accompagner le développement du procédé de dépôt laser direct (DLD), aussi appelé dépôt de métal assisté par laser (LMD).Celui-ci consiste à projeter et à fondre de la poudre métallique sur un substrat suivant un motif défini, couche après couche. Il permet d’obtenir des pièces de grandes dimensions peu complexes avec un état de surface moyen et une productivité correcte, mais encore insuffisante pour son industrialisation.La spécificité de ce travail est d’étudier le procédé DLD avec l’alliage de titane TA6V, dans des régimes opératoires permettant d’atteindre des débits volumiques de construction élevés (> 100 cm3/h).Les recherches sont orientées suivant deux axes. En premier lieu, on s’attache à améliorer la compréhension et la maîtrise du procédé, en établissant les relations entre paramètres opératoires, critères géométriques, stabilité du bain de fusion, rendement massique et microstructure générée.Dans un deuxième temps, on s’intéresse à la possibilité de réutiliser les poudres projetées non fondues. On étudie jusqu’à 3 niveaux de recyclage de la poudre, sans dilution avec de la poudre neuve, puis on vérifie que les propriétés mécaniques sont en accord avec les exigences aéronautiques
Additive manufacturing, also known as 3D printing, aggregates several processes that allows to build parts by stacking layers of a given material, directly from CAD models, without specific tools. Over the past decade, additive processes have gained in notoriety much more rapidly than their industrial applications gained in profitability.Indeed, these technologies must still mature, especially for metallic applications. This is the challenge of the project FUI-9 FALAFEL, in which this thesis takes place, carried out in partnership with several industrial and academic actors. It aims to accompany the development of the direct laser deposition process (DLD), also known as laser metal deposition (LMD).This consists in projecting and melting metal powder on a substrate in a defined pattern, layer by layer. It allows to obtain large size and low complexity parts with high roughness and a proper productivity, despite being still insufficient for industrialization.The specificity of the present work is to study the DLD process in operating modes that allow to reach high build rates (> 100 cc/h), in application to the titanium alloy TA6V.This work is driven by two research focus. In the first place, we try to improve the understanding and control of the process by establishing the relationships between operating parameters, geometric criteria, melt pool stability, process efficiency and generated microstructure.In a second stage, we focus on the possibility to reuse powders that remain unmelted after deposition. Up to 3 levels of powder recycling are studied, without dilution with new powder. We then carried out tests to check that the mechanical properties were in accordance with the aeronautical requirements

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Dumoulin, Emmanuel. "Fabrication additive de pièces en polymères thermoplastiques hautes performances et en polyamide 12 par le procédé de frittage sélectif par laser." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2014. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01021861.

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Le frittage sélectif par laser (ou Selective Laser Sintering, SLS) des poudres polymères thermoplastiques est maintenant une technique répandue de fabrication additive. Néanmoins, ce procédé n'est industriellement mature que pour une seule famille de polymères, les polyamides. Pour que ce procédé soit employé dans la fabrication de pièces subissant des contraintes thermiques au-delà de 50 °C, il est ainsi nécessaire d'étendre la gamme des matériaux utilisables à des polymères hautes performances tels que les poly(aryl-éther-cétone) ou les poly(aryl-imide). Cette étude décrit la fabrication additive, couche par couche, de pièces aérospatiales complexes en polymères hautes performances. Pour cela, sept poudres en polymère ont été sélectionnées afin d'étudier l'influence de celles-ci sur les différentes phases du procédé et sur la qualité de la matière frittée/fondue. Ainsi, la morphologie de leurs particules, leurs microstructures ou encore leurs densités versées et tapées sont analysées, de même que leurs stabilités thermiques, leurs capacités à absorber l'eau ou à s'écouler. Dans un second temps, une étude paramétrique du procédé a été réalisée dans le but d'aboutir à la fabrication de pièces de bonne qualité matière, tout en portant un intérêt vis-à-vis des évolutions de la poudre cycle après cycle de fabrication. De plus, il est important, dans un souci d'optimisation, d'utiliser toutes les possibilités de forme qu'offre cette fabrication additive et d'en évaluer la résistance mécanique. C'est pourquoi une loi de comportement mécanique d'un polyamide 12 consolidé sélectivement par laser a été déterminée et implémentée dans un code de calcul par éléments finis (ZéBuLoN®). Cette loi de comportement, dans le domaine linéaire et non linéaire, représentative de l'anisotropie du matériau, a ensuite été validée expérimentalement sur des éprouvettes d'essais mécaniques et sur un démonstrateur aérospatial.

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Dupin, Stephane. "Etude fondamentale de la transformation du polyamide 12 par frittage laser : mécanismes physico-chimiques et relations microstructures/propriétés." Thesis, Lyon, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAL0062/document.

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Les procédés de fabrication additive permettent, à partir d’un fichier de CAO, la fabrication de pièces complexes sans outillage, dans des délais de développement très courts et avec une grande flexibilité. Parmi les procédés de fabrication additive employés avec les polymères, le frittage laser de poudre est le plus utilisé. Ces travaux de thèse sont consacrés à l’étude et la compréhension des mécanismes fondamentaux impliqués lors du procédé de frittage laser de poudres de polyamide 12. Au cours du procédé de frittage laser de nombreux paramètres interviennent. Ainsi l’énergie fournie à la poudre par l’intermédiaire du rayon laser dépend de la puissance de celui-ci, de la vitesse de balayage et de l’espacement entre deux balayages successifs. De plus, le matériau subit un cycle thermique sévère : avant d’être frittée, la poudre est préchauffée. Puis, dans le bac de fabrication, la poudre non frittée ainsi que les pièces séjournent pendant toute la durée de la fabrication à des températures élevées. Cette histoire thermique entraîne un vieillissement et donc une modification des propriétés de la poudre ce qui complique sa réutilisation. L’influence de ces différents paramètres sur la microstructure et les propriétés mécaniques des pièces finales a été mise en évidence. De plus l’utilisation de différentes poudres de polyamide 12 a permis l’identification des paramètres-clés de la matière.Le frittage laser des polymères semi-cristallins est régi par plusieurs mécanismes fondamentaux : la fusion des particules de poudre, l’interdiffusion des chaînes macromoléculaires aux interfaces, la coalescence des particules fondues, la densification et enfin la cristallisation. L’étude et la modélisation de la cristallisation ont été effectuées pour l’un des polyamides 12 employés au cours de cette thèse. De ce traitement théorique ont pu être déduits les temps de maintien du polymère à l’état fondu au cours du procédé. Dans une seconde phase, des analyses rhéologiques menées dans le cadre de la viscoélasticité linéaires des polymères à l’état fondu ont permis de déduire les temps d’interdiffusion des chaînes macromoléculaires. Par ailleurs, le processus de coalescence des particules de poudres à l’état fondu a été suivi expérimentalement et modélisé pour différentes températures. Ces temps ont été confrontés à la durée de maintien du polymère à l’état fondu, confirmant ainsi la bonne consolidation obtenue lors du frittage du polyamide 12. En conclusion, ce travail contribue à la compréhension des différents mécanismes physico-chimiques intervenant au cours du frittage laser : il permet d’expliciter de façon assez approfondie les relations entre les propriétés des poudres, les paramètres du procédé et les propriétés finales des pièces. De nombreuses préconisations relatives à l’optimisation des propriétés des poudres pourront être déduites de ce travail et aideront au développement de nouveaux matériaux adaptés à ce procédé
Additive processing technologies are aimed at manufacturing parts directly from a computer-aided design (CAD) file, without the need for tooling. Therefore flexibility of production increases and manufacturing of small to mid-size series of very complex or even customized parts becomes possible within reduced development time and expenses. Because of the good mechanical properties obtained in the parts, the most commonly used among additive technologies for polymers is laser sintering (LS). The objective of this work is to contribute to a better understanding of the different physical mechanisms involved during laser sintering of polyamide 12 powders. Many operating variables impact the laser sintering process. Especially, the energy supplied to the powder with the laser beam depends on its power, its displacement velocity and the scan spacing. Moreover, the polymer material undergoes a quite severe thermal treatment : before its sintering, the powder is preheated, then in the build tank the sintered parts and the un-sintered surrounding powder remain until the end of the job at elevated temperatures. This thermal history induces ageing, which modifies some powder features and hinders its future reuse. The influence of the parameters mentioned above on the part microstructure and mechanical properties was investigated. Moreover the use of different polyamide 12 powders enabled to identify the key material characteristics towards the physical processes involved in LS and towards the final properties of parts. The laser sintering of semi-crystalline polymers is governed by several fundamental mechanisms: melting of particles, interdiffusion of macromolecular chains at interfaces, coalescence of molten particles, then densification and finally crystallisation. The study and modelling of crystallisation were carried out with one of the PA12 powders used in the first part of this work. From this modelling, the time during which the polymer remains in the molten state during the process was estimated. Next, a rheological analysis made within the framework of linear viscoelasticity of polymer melts allowed to compute the interdiffusion time of the macromolecular chains. Moreover, the coalescence process of molten particles was observed at different temperatures and modeled. The characteristic times thus estimated for these physical processes were opposed to the time during which the polymer remains in the molten state and confirmed the good consolidation obtained by laser sintering of polyamide 12. In conclusion this work contributes to understand the different physico-chemical mechanisms involved during polymer laser sintering by specifying the relations between powder parameters, process variables and final properties of parts. Many recommendations for the optimisation of powder properties can be derived from this work for the purpose of developing new polymeric materials adapted to this process

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Pavlov, Mikhail. "Application des dispositifs de diagnostic optique multi-spectraux dans les procédés de fabrication additive : fusion sélective par laser et projection laser coaxiale." Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne), 2011. http://www.theses.fr/2011ENISE007.

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Le manuscrit comporte 4 chapitres comprenant une introduction générale présentant les diagnostics optiques et les concepts utilisés, suivi d’un chapitre sur l’application de ces technique au procédé de fusion sélective par laser et deux chapitres sur une processus de projection de poudres. Le chapitre 1 est une introduction aux diagnostics optiques ayant pour objet de mesurer la température d’un milieu « sans contact ». L’importance du choix de la bande spectrale en fonction de la température est également soulignée. Le chapitre 2 concerne l’étude le procédé de fusion sélective par laser. Une première partie concerne la description de la machine de frittage utilisée. Sur cette machine différents éléments optiques ont été ajoutées permettant une visualisation à la fois latérale du champ entourant le bain liquide, mais également coaxiale avec faisceau laser. Le chapitre 3 porte sur l’étude du procédé de projection de poudres de acier et carbure de titane. Ce chapitre débute par une partie bibliographique. Les dispositifs expérimentaux sont une caméra thermique (bande 3-5 microns), un pyromètre multi-longueurs d’onde (1-1. 27 microns). L’effet des différents paramètres opératoires sur les profils de température (vraie et de brillance) est ensuite examiné en détails. Le quatrième chapitre concerne l’étude du rechargement d’un substrat de TA6V avec de la poudre de même composition. Une caméra thermique (3-5 microns) calibrée à l’aide d’un corps noir permettait d’obtenir les champs de température
The manuscript contains four chapters including a general introduction presenting the optical diagnostics, followed by a chapter on the application of the selective laser melting and two chapters on a process of laser cladding. Chapter 1 is an introduction to optical diagnostics tools designed to measure the temperature of an object without physical contact. The importance of the choice of the spectral band as a function of temperature is also highlighted. Chapter 2 describes the study the process of selective laser melting. The first part concerns the description of the selective laser melting machine used. On this machine various optical elements have been added for visualization of powder layering process and the molten pool coaxially with the laser beam. Chapter 3 describes the study of laser cladding of titanium carbide and steel powders. This chapter begins with a bibliographical part. Thermal imaging camera (3-5 micron band) and a multi-wavelength pyrometer (1-1. 27 microns) were applied to monitor the zone of laser action. The effects of various operating parameters on the temperature profiles (true and brightness) were examined in detail. The fourth chapter describes the laser cladding on a substrate TA6V with powder of the same composition. A thermal imaging camera (3-5 microns) was applied to obtain the temperature distributions in the laser action zone

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Dissertations / Theses on the topic 'Fabrication Additive et Soustrative'

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