Academic literature on the topic 'Prototypage rapide – Conception assistée par ordinateur'

Le premier objectif de notre travail était de développer le procédé de stéréolithographie laser(qui permet de fabriquer des objets tridimensionnels via une conception assistée parordinateur) pour réaliser des pièces anatomiques complexes à partir de données provenant del'imagerie médicale. Ces modèles ont pour but de servir de support pré-opératoire. Nous avons fabriqué plusieurs modèles en polymère représentant des structures osseuses (crâne, hanche, pied) et montré leur intérêt respectif pour la chirurgie maxillofaciale et la chirurgie infantile. Les applications de ce procédé étaient jusqu'à présent limitées par les propriétés mécaniques et biocompatibles des polymères. C'est pourquoi, notre deuxième objectif était de rechercher de nouveaux matériaux permettant de fabriquer des pièces en céramique ayant des propriétés biocompatibles. Pour ce faire, nous avons optimisé et automatisé un nouveau procédé de fabrication d'objets à base de poudre céramique en phosphate de calcium en modifiant le matériau traditionnel par l'utilisation d'une suspension de poudre d'hydroxyapatite dans une solution de monomère. Pour obtenir une suspension stable et homogène, nous avons défini le comportement rhéologique du mélange pâteux et opttp1isé la formulation. L'étude de l'interaction du faisceau laser au contact d'une résine chargée en poudre céramique a conduit à l'amélioration de la résolution du procédé (largeur du trait polymérisé d'environ 200 ~rn). Nous avons caractérisé les pièces frittées par des analyses de rayons X et IR qui ont permis de montrer qu'il ne subsistait plus de matière organique après le traitement thermique. Nous avons montré la faisabilité de la fabrication d'une pièce en hydroxyapatite à porosité contrôlée et homogène, dont le réseau macroporeux interconnecté devrait permettre une meilleure régénération osseuse
The first aim of our work was to develop the laser stereolithography (which allows to manufacture three dimensional abjects via a computer aided design) to realize anatomical complex parts from the computed data of medical imaging. These models will be used before operation. We built severa! models in polymer representative of bone structures (skull, hip, foot) and showed their respective interest for maxillofacial surgery and child surgery. These process applications were limited by the mechanical and biocompatible properties of polymer. That is the reason why, our second aim was to search for a new material which allows to manufacture abjects in ceramic with biocompatible properties. To realize this work we have optimized and automatized a new manufacture process of calcium phosphate ceramic abjects by modifying the usual material by using a suspension of hydroxyapatite powder in a monomer solution. To obtain a stable and homogeneous suspension, we have studied the rheological behaviour of the viscous medium and optimized the formulation. The study of the interaction of the laser bearn in contact with a fil led resin leads to an increase of the resolution of the process (width of the polymerized line about 200 ~rn). We have characterized the sinter abjects by X rays and IR analysis that showed that there was not organic matter after burning. We have showed the feasability to manufacture an abject in hydroxyapatite with a controlled and homogeneous porosity, with interconnected macroporous network which could allow to have a better bone regeneration

Les travaux de recherche doivent permettre de maîtriser les procédés de prototypage rapide et de gérer la connaissance acquise sur ces procédés pour l'intégrer dans le développement de nouveaux produits. Malgré les progrès enregistrés par les logiciels de simulation, le prototype reste une étape indispensable pour valider les exigences de plus en plus sévères des clients. La première partie recense les différents types de connaissances ainsi que les différentes méthodes de modélisation de la connaissance. La formalisation de la connaissance passe par l'écriture de procédures jusqu'aux modèles plus spécifiques de l'ingénierie des connaissances. Les NTIC révolutionne l'entreprise où l'individu devient consommateur et producteur d'informations. La seconde partie fait l'état de l'art du prototypage rapide en montrant de nouveaux concepts comme le rapid tooling et le rapid manufacturing. Il est intéressant de développer d'autres méthodes de réalisation de prototypes et d'outillages rapides à partir de procédés plus conventionnels comme la découpe par laser. La troisième partie montre les outils formels de modélisation de la connaissance (ACP, RLM, PEFB. . . ) adaptés aux spécificités du prototypage rapide. Les plans d'expériences flous bayésiens ont l'originalité d'associer des données expérimentales avec de la connaissance d'expert. La quatrième partie utilise les outils formels pour modéliser les caractéristiques mécaniques, physiques et dimensionnels des prototypes en fonction des paramètres des procédés de prototypage rapide. Ces différents modèles permettront d'obtenir le meilleur compromis du couple produit-process. La cinquième partie montre la capitalisation de la connaissance métier recueillie à partir de retours d'expériences.

Le matériau bois comporte différents avantages qui sont transposables à différents dérivés permettant d’introduire un matériau durable, parfaitement intégré au cycle de vie d’un produit. L’étude consiste à associer les besoins spécifiques du grand public dans la fabrication rapide de produits personnalisés en bois reconstitué. La partie 1 définit les utilisateurs grand public et leurs perceptions du produit. Nous avons également orienté les recherches bibliographiques sur l’écoconception pour aborder la problématique écologique. La partie 2 présente des approches de conception guidée par la fabricabilité. Nous avons parcouru les différents procèdes de prototypage rapide existants. Dans la partie 3 nous avons proposé une approche duale conception-fabrication. Le premier volet concerne la traduction du besoin des utilisateurs à travers un outil sur Internet CREAFAB, et le second propose la fabrication d’objet en bois reconstitué par prototypage rapide. La partie 4 présente l’outil et les différentes étapes de traduction du besoin. Dans la partie 5 nous présentons les différentes applications par prototypage rapide par intégration d’un dérivé du bois. La recherche présentée débouche sur de nouvelles applications pour les procédés de fabrication additive. L’étude scientifique et technique est proposée par la société ARDUIN-NOVA (Champagne-Ardenne) et s’est associé à l’Université Technologique de Troyes pour encadrer scientifiquement les recherches dans le cadre d’une bourse CIFRE
Wood has several advantages that are transferable to various derivatives allowing the introduction of a sustainable material into the product lifecycle. The research study associates the specific needs of the “general public” in the rapid manufacture of wooden-made custom products. Part 1 defines the user and their perceptions of a product. We also guided the literature searches to eco-design in order to reach environmental issues. Part 2 presents design approaches for manufacturing. We have seen the various processes existing in rapid prototyping. In part 3, we proposed complementary dual design and manufacturing approaches. On the one hand that concerns the translation of users’ needs through an Internet tool CRE-AFAB, and on the other hand that proposes the manufacture of a wood reconstituted object by rapid prototyping. Part 4 presents the CREAFAB tool and the different steps to translation customers’ needs. In part 5, we present the applications of rapid prototyping in integrating a wood derivative. The research results then lead to new applications of additive manufacturing. The research study is proposed by ARDUINNOVA Company (France) and is associated with the ICD-LASMIS team of University of Technology of Troyes to frame scientific research presented in this thesis in the executive of a CIFRE scholarship

Ce travail s'inscrit dans une politique de réorganisation de la chaîne de confection pour le secteur du textile habillement. L'objectif principal est de développer un nouveau concept de création de vêtements afin de réduire les temps et coûts de développement des produits. Deux marchés industriels ont été analysés, celui du prêt-à-porter (Mass production) et celui du sur-mesure (Mass customisation). On remarque que les effets de la mondialisation entraînent de produire vite pour éviter la copie et imposent un renouvellement constant des collections dans un délai très court. La production n'étant plus de proximité, il est impératif maintenant de communiquer les données par la voix de l'internet sous une forme numérique. Cette analyse du métier de la confection montre la nécessité d'évoluer vers un monde virtuel 3D corrélé avec les besoins industriels évoqués lors des campagnes de mensuration internationales. Ces dernières conseillent de travailler avec des mannequins virtuels 3D respectant les morphologies du corps humain pour éviter les retours d'invendus. Ce besoin a transformé la notion de taille en concept de morphotype à forte segmentation. Pour satisfaire à l'ensemble de ces critères, les méthodes de travail doivent changer, les concepteurs doivent s'adapter au monde moderne du virtuel 3D par l'intemet. Aussi, nous proposons un concept original de création de vêtements virtuels en 3D sur mannequin morphotype adaptatif. Le premier chapitre présente l'état de l'art du sujet dans les différents domaines représentatifs de l'étude, c'est-à-dire : l'anthropométrie, la biométrie et ces moyens de mesure, la conception de vêtements virtuels fortement orientée essayage virtuel. Le second chapitre est consacré à la modélisation du corps humain par la concrétisation et le développement d'un mannequin morphotype adaptatif. Le troisième chapitre propose un modèle de vêtement virtuel 3D associé au précédent mannequin. Un modèle d'aisance paramétré est intégré en amont de la modélisation pour contrôler le bien aller et le tombé du vêtement. Une orientation de l'application vers un procédé mass customisé a permis d'ajuster précisément les paramètres d'aisance par les outils de traitement d'images. Le dernier chapitre représente notre contribution à l'extension du modèle dynamique de vêtement par la mise en place d'un modèle de tissu non linéaire dont la valeur des paramètres est calculée par les algorithmes génétiques avec une méthodologie adaptée au processus à identifier
This work is part of a reorganization of the chain of c10thing for the textile c10thing sector. The main objective is to develop a new concept of creating c10thing to reduce time and costs of product development. Among other things, recent international campaigns surveying advise working with 3D virtual models respecting the morphologies of the human body to minimize the losses caused unsold clothes. Also, we propose an original concept of creating virtual clothing 3D on an adaptive mannequin morphotype. The first chapter sets the state of the art of the subject in different areas representative of the study, i.e.: anthropometry, biometrics and its means of measurement, design virtual clothing strongly oriented virtual trying-on. The second chapter is devoted ta modelling the human body by the realization and development of an adaptive mannequin morphotype. The third chapter provides a model of 3D virtual clothing associated with the model presented in previous chapter. A parametric ease model is integrated upstream from modelling to control the weil fitting and c10thing drape. An orientation of the application process ta a mass customized market led to highly précised ease parameters adjustment with the help of tools of image treatment. The last chapter represents our contribution to the extension of the dynamic model c10thes by setting up a model of non-linear fa bric who's the parameters value is calculated by genetic algorithms with a suitable methodology for the process to identify

Le but de cette thèse est de proposer une méthodologie de conception pour la réalisation depièces en fabrication additive (FA). Par rapport aux familles de procédés de fabrication standard que sontl'enlèvement de matière, la déformation plastique et la fusion, les procédés de FA présentent descaractéristiques nouvelles permettant la fabrication de pièces en multimatériaux, d'assemblagesindémontables ou encore de formes complexes. L’arrivée de cette nouvelle technologie implique unchangement de paradigme nécessitant l’accompagnement des concepteurs dans leurs missions dedéveloppement de produits de qualité. De plus les caractéristiques mécaniques et l'état de surfaces despièces obtenues en FA dépendent de leur orientation au moment de la réalisation. Par ailleurs, en fonctiondu procédé, de la géométrie souhaitée et de cette orientation, il peut être nécessaire d'intégrer du supportafin d'assurer la fabricabilité de la pièce. Nous avons donc défini une méthodologie de conception, quirespecte l’intégrité de la chaine numérique et dont la finalité est la production d'un modèle numériquetranché prêt à être fabriqué sur une machine de FA. Pour ceci, notre méthodologie se base sur lesdonnées du cahier des charges fonctionnel (CDCF) et les connaissances métier du procédé renseignéespar le concepteur afin de lui proposer automatiquement un premier solide dont la géométrie satisfait toutesces contraintes. Une étape d'optimisation topologique vient ensuite restreindre le volume de matière utilede la pièce afin de limiter son poids, son coût et le temps de fabrication. Enfin, si nécessaire, un supportoptimisé assurant la fabricabilité de la pièce est généré selon ces mêmes critères. Cette méthodologies'accompagne d'un cas d'étude industriel ainsi que de deux expérimentations visant à observer lapossibilité d'un parachèvement à l'acétone sur des pièces réalisée en ABS. La première expérimentationest un plan d'expérience mesurant l'état de surface obtenu en s'appuyant sur la température de l'acétone,le temps d'opération, l'inclinaison des surfaces de la pièce et son épaisseur. La seconde expérimentationest un test de traction visant à observer une modification de la tenue mécanique de pièces soumises à cetraitement. Indépendamment du type de machine et du procédé de FA, la méthodologie que nousproposons est un premier pas concret vers l’obtention de pièces directement conformes, que ce soit pourdes besoins industriels ou domestiques
The aim of this thesis is to propose a design methodology to produce parts using additivemanufacturing (AM). Compared to standard manufacturing processes, as machining, forming, casting ormolding, AM processes have new features for manufacturing multi-material parts, nondetachableassemblies or complex shapes. The arrival of this new technology involves a paradigm shift that requiressupport to designers to develop quality products. Also the mechanical and finishing specifications of theparts obtained by AM depend on their orientation during the manufacturing. Furthermore, depending onthe process, the desired geometry and the orientation, it could be necessary to integrate a support in orderto ensure manufacturability of the part. We define a design methodology that respects the integrity of thedigital channel and whose purpose is to produce a sliced numerical model ready to be manufactured on anAM machine. For this, our methodology is based on data from functional specification and businessknowledge of the process indicated by the designer, to automatically propose a first solid geometry whichsatisfies all these requirements. After this first step, a step of topological optimization restricts the volumeof the part in order to reduce its weight, cost and manufacturing time. Finally, if necessary, optimizedsupport ensuring the manufacturability of the part is generated according to the same criteria. Thismethodology is accompanied by an industrial case study as well as of two experiments to observe thepossibility to finish parts made of ABS with acetone. The first experiment is an experimental design whichmeasures the obtained surface finish based on the temperature of the acetone, the operating time, theinclination of the surfaces of the piece and its thickness. The second experiment is a tensile stress testdesigned to observe a change in the mechanical resistance of the part. Regardless of the type of machineand the AM process, the methodology we propose is a first concrete step towards obtaining directlycompliant parts, whether for industrial or domestic use

Les travaux de cette thèse, menés dans le cadre du projet RNRT A3S, intègrent la notion de composants au sein d'une méthodologie de conception de plates-formes SoC (System on Chip), basée sur le langage de modélisation UML (Unified Modeling Language). Cette méthodologie propose un environnement de conception haut-niveau, basé sur le profil UML A3S, développé pour apporter la sémantique du domaine des systèmes temps réel embarqués et en particulier celle relative aux applications Radio Logicielle. Elle repose sur une approche MDA ou l'architecture est dirigée par les modèles où chaque modèle correspond à un niveau d'abstraction, à un niveau de raffinement particulier. Une chaîne UMTS a permis la validation de l'outil réalisé, en confrontant les résultats estimés de l'outil, à ceux mesurés sur une plate-forme temps réel hétérogène (multi-DSP, multi-FPGA). Une partie du travail s'est concentré sur l'identification des composants utiles à la conception des systèmes SoC, et de leurs caractéristiques, en adéquation avec le niveau d'abstraction considéré. Une autre partie des travaux a porté sur la définition des modèles UML, et donc du profil, qui définissent la sémantique des différents composants identifiés en fonction de la configuration (PIM, PSM), ainsi que leurs relations. Une réflexion a été nécessaire afin d'élaborer les diverses règles de vérification et modèles d'exécution qui permettent d'informer le concepteur de ses erreurs et de la faisabilité du système modélisé. Un modèle de système d'exploitation a également été inclus, enrichissant la liste des éléments (composants) déjà définis et démontrant l'extensibilité (scalabilité) du profil
The work of this PhD has been carried out within the framework of the A3S project and relies on component aspects integrated within a SoC platform design methodology, which is based on the UML language. This methodology proposes a high-level design framework based on the A3S UML profile developed to provide real-time embedded system semantic especially in SDR domain. An MDA approach has been considered to deal with different abstraction levels when specifying systems. First part of the work focused on identifying the component required designing a SoC system, and their characteristics depending on the component abstraction levels. Several types of component (software and hardware) whose characteristics depend on their modelling (PIM or PSM models) have been considered. Second part of the work focused on the definition of UML metamodels, which are grouped to define the A3S UML profile that establish the semantic of identified components depending on their modelling and their relations. We have defined extensive verification rules and applied a model of computation to inform designers about errors that have been done and to ensure the feasibility of their systems. Finally an operating system model has been included to demonstrate the scalability and the extension mechanisms of the UML language and profile which improve the list of components that have been already integrated within our framework. An UMTS application has validated our approach by comparing the estimated results computed by the tool with measured results obtained on a heterogeneous real-time platform (with several DSP and FPGA)

Sous la pression de la compétition internationale de plus en plus intense, le développement de nouveaux produits avec un cycle de conception minimal est un sujet qui touche de près de nombreux industriels. Une conception rapide de produits satisfaisant aux besoins diversifiés des consommateurs est une clé essentielle pour la réussite de l'entreprise. Dans ce contexte, des outils de «prototypage rapide» ont été développés et utilisés pour prédire la performance du produit et des procédés étudiés. En s'appuyant sur les techniques de modélisation informatique, ces outils permettent de concevoir des prototypes représentatifs proches des critères de qualité prédéfinis dans le cahier des charges fonctionnel avec un nombre limité d'essais et de mesures. Ce mémoire présente les travaux de recherche réalisés au cours de ma thèse doctorale, inscrits dans le cadre du développement d'un outil d'aide à la conception des matériaux multifonctionnels, permettant de réaliser dans un temps limité des prototypes adaptés aux besoins des clients. Cet outil a pour objectif de mesurer l'influence des facteurs de conception (matière première, paramètres du procédé, et paramètres de structure des matériaux), de déterminer l'espace de fonctionnement pertinent (les intervalles optimaux des facteurs de conception sélectionnés) relatif au procédé de fabrication, et d'évaluer la qualité globale des prototypes fabriqués en utilisant des approches d'aide à la décision multicritère
Face to the more and more intensive international concurrence, how to develop the new products with a minimum life cycle design is an interesting topic for many industries. A quick product development meeting the vary consumer's requirements is a critical key for the success of the company. ln this context, the tools of « rapid prototyping» have been developed and used for forecasting the performance of product and process. Using the computer modelling techniques, these tools permit to realise the representative prototypes close to the quality features predefined in the functional specifications with a limited trails and measures. This PHD thesis presents the research works in the filed of developing a design support tool for multifunctional materials. It permits to realise the prototypes adapted to the client's need with a limited time. This tool aims at measuring the relevance of design factors (raw material, process parameters and structural parameters), determining the relevant operation settings (acceptable range of design factors) related to the manufacturing process, and evaluating the global quality of prototypes using the multicriteria decision support methods

Les technologies d’imagerie médicale permettent de visualiser pathologies et traumatismes. Cependant, même si cette imagerie permet des vues perspectives dynamiques, elle reste du domaine du 3D virtuel puisque sur un écran 2D. Une réplique présente dès lors un avantage certain : elle rend palpable la notion d'échelle et de volume et apparents des détails cachés ou ambigus et ainsi améliore ou facilite le diagnostic et la solution chirurgicale.Le prototypage rapide permet la fabrication d'une réplique à partir d'un fichier CAO issu des données d'imagerie, mais ce procédé n'est pour l'instant appliqué qu'à des cas très spécifiques. Nos travaux montrent qu'il peut l'être avec profit en orthopédie et traumatologie à des cas chirurgicaux certes complexes mais courants, et passer du laboratoire de recherche à l'établissement hospitalier.Une méthodologie est définie visant à passer des données DICOM3 à une réplique en ABS par prototypage rapide par dépôt de fil fondu via une reconstruction 3D numérique à l'aide de logiciels dédiés. Une étude de capabilité, transposable à tout procédé, quantifie la réponse et la fidélité de la machine et les paramètres optimaux. Trois applications (à partir de la tomographie RX) sont présentées à travers trois cas cliniques (ostéotomie, arthroplastie, trochléoplastie).Les exemples montrent que le procédé s'avère pertinent (et économiquement raisonnable) dès qu’il est question de géométrie complexe, de matérialisation du relief et d’appréciation d’un volume osseux. La représentation objective de l’échelle des volumes en constitue le point fort et l'intérêt est indéniable dans nombre de domaines de la chirurgie orthopédique et traumatologique
The medical imaging technologies allow the visualization of diseases and injuries. However, even if dynamic perspective ones, these views remain a virtual 3D visualization because on a 2D screen. Real replicas have therefore a definite advantage: they can make palpable the notion of scale and volume and apparent hidden or ambiguous details and thus enhance or facilitate the diagnosis and the surgical solution.The rapid prototyping allows to achieve a replica from a CAD file issued from imaging data but this process is now only applied to specific cases. Our work shows that it can be applied with profit for complex but usual orthopaedic and trauma surgery cases. It can be so transfered from the research laboratory to the hospital.A methodology is defined to manufacture an ABS replica through rapid prototyping by fused deposition modelling from DICOM3 data and digital 3D reconstructions using dedicated software. The study of the capability, transferable to any process, quantifies the response and the accuracy of the machine and the optimal parameters. Three applications (from CT-scan) are presented through three clinical cases (osteotomy, arthroplasty and trochleoplasty) . The examples show that the method is appropriate (and economically reasonable) when it comes to complex geometry or assessment of bone volume. The objective representation of the volumes is the strength of the method and the interest is undeniable in many areas of orthopaedic surgery and traumatology