Tesi: "Supervision de fabrication additive"

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Mosser, Loïc. "Contribution à la conception et la fabrication de robots souples pneumatiques". Electronic Thesis or Diss., Strasbourg, 2024. http://www.theses.fr/2024STRAD009.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse porte sur la conception de robots souples pneumatiques, pour lesquels la mise en mouvement par déformation est produite via des chambres pneumatiques. Nous contribuons à l'obtention d'un robot depuis la formulation du besoin jusqu'à la fabrication du robot. Ainsi, nous abordons les problématiques associées à la conception et la fabrication de ces robots. Pour la conception, nous proposons un algorithme génétique dont le fonctionnement est accéléré par l'usage d'un modèle d'IA permettant l'estimation rapide des comportements de nouvelles géométries et la recherche de solution. Pour la fabrication, nous proposons une plateforme instrumentée de fabrication additive de silicone permettant l'acquisition de nuages de points sur la couche produite. Des indicateurs sont alors proposés pour suivre la production en cours et l'intégrité de robots souples, et ces indicateurs sont évalués expérimentalement
This thesis covers the design of pneumatic soft robots, which move thanks to deformation using pneumatic chambers. We contribute to the design of a robot from the formulation of the need to the manufacturing of the robot. We address the problems associated with the design and manufacture of these robots. For design, we propose a genetic algorithm accelerated by the use of an AI model enabling rapid estimation of the behavior of new geometries and the search for solutions. For manufacturing, we propose an instrumented silicone additive manufacturing platform enabling the acquisition of point clouds on each produced layer. Indicators are then proposed to monitor ongoing production and the integrity of soft robots, and these indicators are evaluated experimentally

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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 (sommario):

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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Etienne, Jimmy. "Tranchage courbe pour la fabrication additive". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0284.

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Abstract (sommario):

La fabrication additive est un sujet de recherche actif dont l'objectif est le prototypage avec l'économie de matières premières et de temps comme axe de recherche essentiel. Généralement appelée impression 3D, elle présente de nombreux défis qui peuvent entraver la fabrication correcte d'un objet. Par exemple, le fait d'évider un objet afin d'économiser de la matière peut entraîner la chute d'une autre partie de l'objet en raison d'un manque de support. De manière générale, l'imprimabilité d'un objet reste un problème difficile a évalué en raison des innombrables possibilités de forme que peut prendre un modèle 3D. Des propriétés telles que la solidité et l'intégrité structurelle peuvent devenir la source de problèmes lorsque l'impression 3D n'est pas optimisée pour la forme. Des structures de support internes et des remplissages épars ont été proposés pour imprimer correctement les surfaces en surplomb et minimiser le matériel utilisé. Néanmoins, réduire la densité du remplissage d'une impression 3D peut entraîner une réduction de la robustesse. Ce problème peut être résolu en optimisant la structure du remplissage sous des contraintes supplémentaires obtenus par exemple d'une optimisation topologique. Le choix des chemins et de leurs orientations est essentiel. Une approche plus générale consisterait à générer de multiples courbes à l'intérieur d'une couche plane qui suivent aussi fidèlement que possible les trajectoires données par un utilisateur ou un quelconque processus d'optimisation. Cependant, une question en suspens concerne le schéma d'impression couche par couche dans la fabrication additive. Cette approche ne peut pas reconstruire une surface avec précision en raison de la quantification de la forme 3D dans son axe de hauteur et de la taille fixe de chaque couche. Au lieu de la méthode couche par couche, une meilleure approche pourrait consister à remplir un volume avec des courbes imprimées en 3D. Celles-ci pourraient servir différents objectifs tels que l'amélioration de la qualité de la surface, l'application de contraintes mécaniques ou la réalisation d'objectifs esthétiques. L'objet de cette thèse est d'étudier comment ces courbes peuvent être imprimées. Nous tentons donc de surmonter certains problèmes intrinsèques à l'impression 3D qui apparaissent lorsque l'on veut améliorer la distribution de la matière et des contraintes à l'intérieur d'une pièce ou améliorer la qualité visuelle des objets imprimés. La première partie décrit les technologies de fabrication additive en général avant de se concentrer principalement sur la déposition de filament fondu (FDM). Nous abordons également les techniques d'impression hors plan, de ses balbutiements aux algorithmes complets. La deuxième partie explore plus en profondeur le remplissage de couches planes et propose deux techniques pour améliorer l'orientation des chemins de dépôt. Pour simplifier le problème, nous ajoutons artificiellement une contrainte sur les couches qui restent planes. Nous introduisons une première méthode pour produire des courbes dont l'espacement et l'orientation peuvent être contrôlés pour créer des motifs de remplissage de densité variable. Et une seconde méthode qui, quant à elle, a pour objectif le remplissage dense avec des courbes uniformément espacées dont on peut contrôler l'orientation. La troisième partie détaille la principale contribution de cette thèse. Il traite de l'impression 3D courbe et fournit l'un des premiers algorithmes de découpage incurvé pour améliorer la qualité de surface des impressions 3D sur des machines standard à 3 axes. Cette technique est basée sur la déformation spatiale contrainte et permet de réduire l'erreur volumique jusqu'à 90% pour des surfaces presque planes. Nous décrivons également comment étendre le remplissage dense à la 3D et ordonner les trajectoires pour garantir l'absence de collision entre le dispositif d'impression et les pièces imprimées
Most additive manufacturing processes fabricate objects by stacking planar layers of solidified material. As a result, produced parts exhibit a so-called staircase effect,which results from sampling slanted surfaces with horizontal planes. This negatively impacts the surface finish and accuracy of a part. While thinner slices reduce this effect, it remains visible in areas where the input shape surfaces almost align with the layers. This horizontal slicing scheme also impacts the resilience of the printed part as layers cannot be aligned to obtain the maximum strength. As with layers, the orientation of trajectories within a slice is often constrained and cannot be freely controlled. In this thesis, we exploit the ability of some additive manufacturing processes to deposit material slightly out of the plane to overcome these limitations. We mainly focus on extrusion-based technologies, particularly Fused Filament Fabrication technology, since most printers in this category can deposit along slightly curved paths underdeposition slope and thickness constraints. Our algorithms are split into two categories,the ones that produce freely oriented trajectories inside a layer and the ones that curve the layers themselves. My first contribution focuses on deposition trajectories inside a layer, allowing the users to control their orientation. This led to two novel infill patterns aiming at two different objectives. The first is a sparse infill that follows a direction field and density field, while the second is a dense, oriented staggered infill pattern with minimal porosity. My second contribution focuses on printing with curved layers, exploring two different approaches. The first one operates directly on the layers, making them either followthe natural slope of the input surface or, on the contrary, intersect the surfaces at a steeper angle, thereby improving the sampling quality. We demonstrate that this approach enforces all fabrication constraints, including the guarantee of generating collision-free toolpaths. The second method builds atop the staggered infill introduced before, generating trajectories with free orientation throughout the part's volume

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Crouillere, Marie. "Nouveaux mélanges silicone pour la fabrication additive". Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI015.

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Abstract (sommario):

Ma thèse a pour but de développer de nouveaux mélanges silicone pour la fabrication additive donnant des élastomères possédant une bonne résistance à la traction afin de reproduire ensuite un manchon orthopédique. L’impression 3D par dépôt de matière visqueuse non réticulée a été choisie et intrinsèquement les mélanges silicone de polyaddition ont donc été étudiés. Plusieurs mélanges silicone de polyaddition ont été réalisés. Ils donnent des élastomères de duretés s’étalant de 12 à 40 Shore A, avec des propriétés mécaniques en traction et en compression différentes mais avec des valeurs de viscosité proches. Ces mélanges ont ensuite été modifiés pour leur conférer le comportement rhéologique de fluide à seuil, caractéristique nécessaire pour l’extrusion de filaments de silicone non réticulés. Puis, des objets modèles ont été imprimés en 3D et ont permis de valider des propriétés (mécaniques, viscoélastiques et de dureté) similaires à des objets moulés. Enfin, des objets structurés ont été imprimés en 3D pour essayer de reproduire certaines parties importantes du manchon orthopédique de manière innovante
Additive manufacturing is a rapidly growing technical area within which a wide variety of methods have been developed. These new processes provide a higher degree of geometrical freedom when building specific objects for small series production or for custom-made use. The benefits against traditional processes are reductions of time, of cost and of material consumption, thanks notably to the suppression of specific equipment (e.g. moulds). Nowadays different types of materials are processed in additive manufacturing, like thermoplastic polymers (PLA, ABS, PA), metals or ceramics. However crosslinkable elastomeric materials like silicones have hardly been considered although they are widely used in several industries. This study focuses on 3D printing of new silicone formulations, in a view to creating new structures of light densities. Material extrusion (or fused deposition modelling, FDM) is used as an additive manufacturing process in which material is selectively dispensed through a nozzle. This method, commonly used with thermoplastic materials, requires a number of modifications and improvements with silicone formulations which containing silica nanofillers. In particular, the network, rheology and curing time have been studied to come up with a formulation that both fits perfectly with additive manufacturing and generates good mechanical properties of the finished product. Furthermore enhancement of homemade 3D printer characteristics seems to be obvious to fit also with this kind of new formulation and new design of pieces. Finally, new structured objects have been developed to reproduce the two most important parts of an orthopedic liner

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Piaget, Alexandre. "Maîtrise de la qualité en fabrication additive". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI004/document.

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Abstract (sommario):

En utilisant des solutions de production issues des technologies de Fabrication Additive (FA), l’industrie s’ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication de pièces à haute valeur ajoutée. Dans le but d’être pleinement exploitables, ces procédés de fabrication doivent permettre la réalisation de pièces dont la qualité est adaptée aux besoins de l’industrie. Ces travaux se concentrent sur deux points ciblés de la maîtrise de la qualité en FA appliquée à la technologie Electron Beam Melting (EBM).Le premier point abordé s’intéresse à l’impact de la position d’une pièce dans l’espace de fabrication d’une machine sur la qualité géométrique de cette pièce. Pour caractériser l’espace de fabrication de la machine Arcam A1, plusieurs séries de pièces sont fabriquées à différentes localisation de l’espace, puis comparées à leur design initial. Les écarts mesurés entre les pièces et leur géométrie souhaitée montrent que la périphérie de l’espace de fabrication est une zone sujette à d’importants défauts géométriques. Ces défauts sont caractérisés et des solutions sont proposées pour en limiter l’impact sur la qualité géométrie des pièces.Le second point traite de la porosité des pièces fabriquées. Lorsque l’apport énergétique du faisceau d’électron n’est pas adéquat pour fondre correctement la poudre, des pores peuvent se former dans le matériau des pièces fabriquées. La géométrie et le matériau des pièces rendent difficiles la détection de ses pores. Une méthode de détection est proposée pour détecter la présence de pores dans une pièce via un contrôle standardisé sur un élément qui copie les conditions de fusion de la pièce. Cette méthode propose deux alternatives de contrôle : un contrôle optique (rapide, abordable mais peu précis) et un contrôle tomographique (plus précis que le précédent mais moins rapide et abordable). Un algorithme de traitement d’image innovant a été développé dans le cadre de cette étude afin de rendre les tomographies du témoin plus fiables
By using production solutions from Additive Manufacturing (AM) technologies, the industry is opening up new possibilities for manufacturing high added value parts. In order to be fully exploitable, these manufacturing processes must allow the production of parts whose quality is adapted to the needs of the industry. This work focuses on two aiming points of quality control in AM applied to Electron Beam Melting (EBM) technology.The first point deals with the impact of a part position in the manufacturing space of a machine on the geometric quality of this part. To characterize the manufacturing space of the Arcam A1 machine, several series of parts are manufactured at different locations of the space, then compared to their initial design. The differences measured between the parts and their desired geometry show that the periphery of the manufacturing space is a zone subject to important geometrical defects. These defects are characterized and solutions are proposed to limit the impact on the geometrical quality of parts.The second point deals with the porosity of manufactured parts. When the energy supply of the electron beam is not adequate to melt the powder properly, pores can form in the material of the manufactured parts. The geometry and material of the parts make it difficult to detect its pores. A detection method is provided to detect the presence of pores in parts via a standardized control on an item that copies the parts merging conditions. This method offers two control alternatives: an optical control (fast, affordable but not very accurate) and a tomographic control (more accurate than the previous one but slower and costlier). An innovative image processing algorithm is developed as part of this study to make the item tomography scans more reliable

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Liboutet, Emile. "Fabrication additive de composants pour l'énergie nucléaire". Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2023. http://www.theses.fr/2023UBFCA001.

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Abstract (sommario):

Framatome est un des leaders mondiaux de l’industrie nucléaire. Son cœur de métier est la fabrication de réacteurs nucléaires et de combustibles nucléaires.Parmi le parc de réacteurs, principalement deux catégories se distinguent : les réacteurs de puissance et les réacteurs de recherche. Les réacteurs de recherche sont des mini réacteurs nucléaires utilisés par les universités et les centres de recherche qui servent à la formation, la recherche, le développement des composants des réacteurs de puissance, la fabrication de neutrons pour des expériences scientifiques, l’irradiation de matériaux pour l’industrie et la fabrication de radio-isotope pour le domaine médical. Il est nécessaire que leurs combustibles soient denses en uranium afin de d’entretenir les réactions nucléaires et maximiser leur rendement. Le programme RERTR (Reduced Enrichment for Research and Test Reactors), mis en place en 1978, poursuit l'objectif d'optimisation de la densité en uranium fissile des combustibles de réacteurs de recherche pour pallier la réduction de l’enrichissement de 93% à 20% en 235U. Après avoir développé de nouveaux alliages à plus forte densité, d’autres recherches sont alors mises en place afin de permettre l’amélioration des cœurs par divers moyens. Une des voies possibles est de travailler sur la géométrie du cœur de plaque.Les techniques actuelles de fabrication de plaques de combustibles nucléaires de recherche sont le laminage et l’extrusion à partir de poudres d’uranium métallique compactées à froid. Ces deux technologies ont trois principales limitations. Tout d’abord, elles imposent aux plaques d’avoir des géométries de cœur planes ou cylindriques alors que la géométrie des réactions nucléaires est plutôt sphérique et dictée par les fuites et la modération des neutrons dans le cœur du réacteur. Ensuite, ces technologies sont basées sur de grandes déformations. Le cœur de plaque en uranium est en effet dilué dans une matrice ductile en aluminium pour permettre cette déformation tout en restant dans le domaine élastique. Le pourcentage d’aluminium ajouté dans le cœur est d’environ 40% en masse. Enfin, les grandes déformations appliquées lors du laminage ou de l’extrusion induisent des vagues de déformation sur le cœur de plaque et ainsi la formation de surépaisseurs sur le cœur de plaque. Elles sont compensées par la diminution de l’épaisseur du cœur de plaque en uranium de près de 20%. L’ensemble de ces contraintes technologiques induisent une perte de masse en uranium de prêt d’un facteur deux dans le cœur de plaque. Le changement de technologie pourrait permettre de s’affranchir de ces limitations.Les plaques combustibles des réacteurs nucléaires de recherche sont des objets à haute valeur ajoutée, de petite taille (typiquement 1000 x 60 x 1.3 mm), fabriqués en petite série, non standardisés, avec de nombreux designs différents et utilisant des poudres métalliques. Ces caractéristiques sont parfaites pour la fabrication additive. De plus, les améliorations actuelles recherchées sont l’optimisation géométrique avec des géométries plus complexes que celles actuellement possibles. Ces avantages sont là aussi typiquement ceux de la fabrication additive. Nous avons donc un cas d’usage qui semble bien adapté à la fabrication additive. Cependant, il existe une difficulté de taille. La poudre métallique d’uranium utilisée est radioactive et inflammable dans l’air. Elle nécessite d’être manipulée en boite à gant ce qui complexifie la mise en œuvre des technologies de fabrication additiveC’est précisément pour répondre à ces exigences qu’un projet de recherche est né entre l’entreprise Framatome et l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard afin d’étudier les procédés de fabrication additive susceptibles de fabriquer des plaques de combustible nucléaire de recherche. Deux procédés de fabrication additive ont été sélectionnés et expérimentés : La projection Cold Spray et la micro fusion sur lit de poudre
Framatome is one of the world leaders in the nuclear industry. Its main business is the manufacture of nuclear reactors and nuclear fuels.All the reactors can be divided in two main categories: power reactors and research reactors. Nuclear research reactors are small nuclear reactors used by universities and research centers. Their purposes are training, research, development of power reactor components, production of neutrons for scientific experiments, irradiation of materials for industry and manufacture of radioisotopes for the medical field. Since nuclear research reactors are small, their fuels must be dense in uranium to sustain nuclear reactions and maximize their yield. The RERTR program (Reduced Enrichment for Research and Test Reactors), set up in 1978, pursues the objective of optimizing the fissile uranium density of research reactor fuels to offset the 93% reduction in enrichment to 20% in 235U. After having developed new alloys with higher density, other research is then put in place to allow the improvement of the cores by various means. One of the possible ways is to work on the geometry of the plate core.Current techniques for manufacturing research nuclear fuel plates are rolling and extrusion from cold-compacted metallic uranium powders. These two technologies have three main limitations. First, they require the plates to have planar or cylindrical core geometries whereas the geometry of nuclear reactions is rather spherical and dictated by neutron leakage and moderation in the reactor core. Then, these technologies are based on large deformations. The core of the uranium plate is indeed diluted in a ductile aluminum matrix to allow this deformation while remaining in the elastic domain. The percentage of aluminum added in the core is about 40% by mass. Finally, the large deformations applied during rolling or extrusion induce waves of deformation on the plate core and thus the formation of extra thicknesses on the plate core. They are compensated by the reduction in the thickness of the uranium plate core by almost 20%. All these technological constraints induce a loss of 235 uranium mass by a factor of two in the plate core. The change in technology could make it possible to overcome these limitations.The fuel plates of nuclear research reactors are objects with high added value, of small size (typically 1000 x 60 x 1.3 mm), produced in small series, not standardized, with many different designs and using metal powders. These features are perfect for additive manufacturing. In addition, the current improvements sought are geometric optimization with more complex geometries than those currently possible. These advantages are again typically those of additive manufacturing. So, we have a use case that seems well suited to additive manufacturing. However, there is a major difficulty. The uranium metal powder used is radioactive and flammable in air. It needs to be handled in a glove box, which complicates the implementation of additive manufacturing technologies.It is precisely to meet these requirements that a research project was born between the company Framatome and the University of Technology of Belfort-Montbéliard to study the additive manufacturing processes likely to manufacture nuclear fuel plates of research. Two additive manufacturing processes were selected and tested: Cold Spray and Laser Beam Melting

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Bonnard, Renan. "Proposition de chaîne numérique pour la fabrication additive". Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00585342.

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Abstract (sommario):

Les procédés par ajout de matière sont soumis à des changements majeurs depuis ces dernières années. En effet, ils sont passés de procédés de prototypage rapide, à des procédés de fabrication additive pour la réalisation de pièces fonctionnelles. Ces changements ont entraîné de nouvelles attentes en termes de maîtrise de ces procédés. Dans le même temps, il subsiste certains problèmes dus à leur non-intégration dans une chaîne numérique complète et robuste. Ce point ne leur permet pas à l'heure actuelle de rattraper leur retard en terme de développement par rapport aux procédés plus traditionnels. Les limites de la structure actuelle au niveau de la commande numérique (s'appuyant sur le STL) des machines de fabrication additive ont été identifiées par les travaux de recherche de plusieurs groupes internationaux. La grande majorité a conclu au nécessaire développement d'une nouvelle structure de données basée sur le format STEP, qui apparaît comme étant un format adapté pour obtenir une chaîne numérique complète, robuste et s'appuyant sur des données de haut niveau conceptuel. Le but des travaux de thèse est donc de proposer une nouvelle structuration des données pour le procédé par ajout de matière basée sur le format STEP-NC puis dans le même temps de mettre en place une nouvelle chaîne numérique STEP-NC s'appuyant sur des DCN génériques du même type que ceux utilisés en usinage. La première partie du travail est la mise en place d'un modèle hiérarchisé des données nécessaire pour la description des procédés par ajout de matière. Ce modèle hiérarchisé permet d'identifier et de hiérarchiser toutes les données utiles à l'élaboration d'un projet de fabrication additive. La seconde étape consiste à partir des données du modèle hiérarchisé à la proposition d'un modèle de données STEP-NC pour l'introduction des procédés de fabrication additive dans la norme ISO 14649. Pour réaliser une chaîne numérique complète basée sur le STEP-NC, les travaux de l'équipe (qui concernent non seulement la fabrication additive mais aussi l'usinage) ont conduit à la mise en place d'une plateforme appelée SPAIM (STEP-NC Platform for Advanced and Intelligent Manufacturing). Dans cette plateforme la chaîne numérique complète (CAO-FAO-DNC) est intégrée autour d'un unique fichier STEP-NC sans perte d'information. Cette plateforme a de plus l'avantage de pouvoir être intégrée sur toutes les machines de nouvelle génération de fabrication additive équipées avec des DCN génériques.

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Diez, Jacob A. "Design for additive fabrication : building miniature robotic mechanisms". Thesis, Georgia Institute of Technology, 2001. http://hdl.handle.net/1853/17668.

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Pitchumani, Mahesh. "ADDITIVE LITHOGRAPHY FABRICATION AND INTEGRATION OF MICRO OPTICS". Doctoral diss., University of Central Florida, 2006. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/2458.

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Abstract (sommario):

Optical elements are the fundamental components in photonic systems and are used to transform an input optical beam into a desired beam profile or to couple the input beam into waveguides, fibers, or other optical systems or devices. Macroscopic optical elements are easily fabricated using grinding and polishing techniques, but few methods exist for inexpensive fabrication of micro optical elements. In this work we present an innovative technique termed Additive Lithography that makes use of binary masks and controlled partial exposures to sculpt photoresist into the desired optical surface relief profile. We explore various masking schemes for fabricating a variety of optical elements with unprecedented flexibility and precision. These masking schemes used in conjunction with the additive lithographic method allows us to carefully control the photoresist exposure and reflow processes for fabricating complex aspheric lens elements, including aspheric elements whose fabrication often proves highly problematic. It will be demonstrated that employing additive lithography for volume sculpting followed by controlled reflow can also allow us to fabricate refractive beam shaping elements. Finally we will discuss the dry etching techniques used to transfer these optical elements into the glass substrate. Thus the additive lithography technique will be demonstrated as an inexpensive, high throughput and efficient process in the fabrication of micro optical elements.
Ph.D.
Optics and Photonics
Optics

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Raynaud, Jonathan. "Elaboration de pièces 3D multimatériaux par fabrication additive". Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0101.

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Abstract (sommario):

Actuellement, les pièces HTCC et LTCC (High and Low Temperature Co-fired Ceramics) sont élaborées selon deux procédés : le coulage en bande pour le substrat diélectrique en céramique et la sérigraphie pour la réalisation des pistes et vias métalliques. Un procédé de fabrication additive hybride, capable de construire une pièce 3D en céramique / métal, pourrait trouver un intérêt majeur dans la fabrication de composants utilisés en micro-électroniques. En effet, un des principaux avantages de la fabrication additive est de pouvoir réaliser des géométries qui ne peuvent actuellement pas être obtenues en micro-électronique, ce qui permettrait d’obtenir un gain de performances comparé aux circuits actuels. L’objectif de ce travail est de proposer un nouveau procédé d’obtention de pièces monolithiques multimatériaux utilisant le couplage de deux technologies de fabrication additive .Une stratégie combinant la stéréolithographie et la micro-extrusion est proposée pour la fabrication de pièces multimatériaux HTCC et LTCC. Les pièces modèles sont des circuits électroniques dans les trois dimensions de l’espace comprenant un substrat diélectrique ainsi que des pistes horizontales et des vias. Des structures innovantes ont également été construites (blindage continus et vias obliques). La caractérisations de ces composants conduit à des valeurs similaires à celles des HTCC et LTCC réalisés par des procédés conventionnels
Currently, HTCC and LTCC (High and Low Temperature Co-fired Ceramics) parts are produced by two processes: tape casting for the dielectric ceramic part and screen printing for the realization of metal tracks and vias. The main objective of this work is to propose a new process for obtaining monolithic multi-material parts using the coupling of two additive manufacturing technologies. In this respect, a hybrid additive manufacturing process capable of building a 3D ceramic / metal part could be of major interest in the manufacture of such electronic components. Stereolithography and robocasting seem to be complementary processes to achieve this goal. The advantage of using additive manufacturing instead of conventional methods is to be able to achieve forms that can not currently be obtained in microelectronics, which would allow a performance gain compared to current circuits. A strategy combining stereolithography and robocasting is proposed for the simple manufacture of HTCC and LTCC multi-material parts. The model parts are electronic circuits in the three dimensions of the space including a dielectric substrate as well as horizontal tracks and vias. To improve the performance of current circuits new geometries are being studied, such as armored or inclined vias. They will then be characterized in microwave to verify the application of selected materials in these frequency ranges

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Duballet, Romain. "Systèmes constructifs en fabrication additive de matériaux cimentaires". Thesis, Paris Est, 2019. http://www.theses.fr/2019PESC1011.

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Abstract (sommario):

Il s'agit de concevoir des éléments constructifs en matériaux cimentaires en fabrication additive grande échelle. La précision géométrique et la liberté formelle apportées par le procédé d'impression 3D de pâtes de ciment à propriétés variables permet d'envisager une architecture interne de l'ordre du centimètre pour des éléments constructifs à grande échelle (typiquement de l'ordre du mètre). Pour cela il convient d'établir des cahiers des charges pertinents pour ces éléments, au regard des possibilités constructives (procédé), des propriétés atteignables (mécanique, thermique, acoustique) et de l'intérêt qu'ils peuvent présenter à un niveau architectural et industriel. La première partie du travail porte en particulier sur la conception de parois architecturées, réalisant des performances accrues
This work addresses a particular topic of automation in construction called 3D concrete printing, or additive manufacturing of cementitious materials. It proposes new manufacturing techniques, other than casting or projection, making use of programmed robots to progressively bring the material where it needs to be, without traditional moulds. The associated promises are thus waste reduction, speed and versatility. More precisely we focus on extrusion techniques, they are inspired from a rapid prototyping approach called fused deposition modeling that consists in stacking laces of fresh mortar onto each other to form a three dimensional object.With such a technique, it is possible to "print" the walls of a house inside a gantry structure. This is the main idea proposed today, with promises of productivity, speed and labor cost reduction. This gained popularity in the past few years, businesses and academic projects were born all over the world, research being mostly focused on rheology and mortar formulation. The question of actual usage of such techniques is rarely placed at the center of discussion, whereas it is not clear yet how they will penetrate the market, and more importantly which among the many possible printing processes are more suited to be associated with complete building systems.The house printing idea is a direct and metaphoric transposition of the rapid prototyping method to a larger scale. With the current strategies, involving materials with high cement content, printing a single house in the form of straight or slightly curved walls can be seen as an environmental absurdity. To become a real solution to current housing issues, concrete printing has to bring significant innovation. It is not yet clear if productivity increase will be sufficient to do so. However, if new building products, of novel performances, could be made at a reasonable cost with such techniques, they could become a substantial addition to the building industry. The two courses of action are again material composition and geometry. Provided a very "poor" material is printable, massive straight wall houses can become competitive. Otherwise, material consumption can be decreased by printing walls with a complex and light internal structure. In chapter 4 we have proposed a potential solution to make lighter space structures for single house walls. Chapter 5 is dedicated to its prototyping.Apart from housing, the other main fields of application for building systems with robotic extrusion are infrastructures and public works. Some bridges have already been built. Specific underground structures have also been printed and installed in France, see figure below. For those sectors, complex geometrical context and specificity of prefabricated objects can account for 3D printing perhaps more easily than for housing. Surface finish and second work can indeed become less crucial, while productivity gains can be easily obtained.This work is divided in four chapters, and goes from theoretical to experimental. In chapter 2 we try to circumscribe our topic, namely robotic extrusion for automation in construction, through a state of the art report and some definition attempts. Many strategies are indeed possible to print cementitious materials, and can greatly differ in terms of physical phenomena at stake in the material or technology. This brings us to the subsequent question of actual building systems based on such printing processes. In chapter 3 we propose a classification method, to explore some possible approaches. The goal of this work is to shift the current discussion from the "house printing" approach to a generalized understanding of automated building systems with cementitious extrusion

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Zhu, Zuowei. "Modèles géométriques avec defauts pour la fabrication additive". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN021/document.

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Abstract (sommario):

Les différentes étapes et processus de la fabrication additive (FA) induisent des erreurs de sources multiples et complexes qui soulèvent des problèmes majeurs au niveau de la qualité géométrique du produit fabriqué. Par conséquent, une modélisation effective des écarts géométriques est essentielle pour la FA. Le paradigme Skin Model Shapes (SMS) offre un cadre intégral pour la modélisation des écarts géométriques des produits manufacturés et constitue ainsi une solution efficace pour la modélisation des écarts géométriques en FA.Dans cette thèse, compte tenu de la spécificité de fabrication par couche en FA, un nouveau cadre de modélisation à base de SMS est proposé pour caractériser les écarts géométriques en FA en combinant une approche dans le plan et une approche hors plan. La modélisation des écarts dans le plan vise à capturer la variabilité de la forme 2D de chaque couche. Une méthode de transformation des formes est proposée et qui consiste à représenter les effets de variations sous la forme de transformations affines appliquées à la forme nominale. Un modèle paramétrique des écarts est alors établi dans un système de coordonnées polaires, quelle que soit la complexité de la forme. Ce modèle est par la suite enrichi par un apprentissage statistique permettant la collecte simultanée de données des écarts de formes multiples et l'amélioration des performances de la méthode.La modélisation des écarts hors plan est réalisée par la déformation de la couche dans la direction de fabrication. La modélisation des écarts hors plan est effectuée à l'aide d'une méthode orientée données. Sur la base des données des écarts obtenues à partir de simulations par éléments finis, deux méthodes d'analyse modale: la transformée en cosinus discrète (DCT) et l'analyse statistique des formes (SSA) sont exploitées. De plus, les effets des paramètres des pièces et des procédés sur les modes identifiés sont caractérisés par le biais d'un modèle à base de processus Gaussien.Les méthodes présentées sont finalement utilisées pour obtenir des SMSs haute-fidélité pour la fabrication additive en déformant les contours de la couche nominale avec les écarts prédits et en reconstruisant le modèle de surface non idéale complet à partir de ces contours déformés. Une toolbox est développée dans l'environnement MATLAB pour démontrer l'efficacité des méthodes proposées
The intricate error sources within different stages of the Additive Manufacturing (AM) process have brought about major issues regarding the dimensional and geometrical accuracy of the manufactured product. Therefore, effective modeling of the geometric deviations is critical for AM. The Skin Model Shapes (SMS) paradigm offers a comprehensive framework aiming at addressing the deviation modeling problem at different stages of product lifecycle, and is thus a promising solution for deviation modeling in AM. In this thesis, considering the layer-wise characteristic of AM, a new SMS framework is proposed which characterizes the deviations in AM with in-plane and out-of-plane perspectives. The modeling of in-plane deviation aims at capturing the variability of the 2D shape of each layer. A shape transformation perspective is proposed which maps the variational effects of deviation sources into affine transformations of the nominal shape. With this assumption, a parametric deviation model is established based on the Polar Coordinate System which manages to capture deviation patterns regardless of the shape complexity. This model is further enhanced with a statistical learning capability to simultaneously learn from deviation data of multiple shapes and improve the performance on all shapes.Out-of-plane deviation is defined as the deformation of layer in the build direction. A layer-level investigation of out-of-plane deviation is conducted with a data-driven method. Based on the deviation data collected from a number of Finite Element simulations, two modal analysis methods, Discrete Cosine Transform (DCT) and Statistical Shape Analysis (SSA), are adopted to identify the most significant deviation modes in the layer-wise data. The effect of part and process parameters on the identified modes is further characterized with a Gaussian Process (GP) model. The discussed methods are finally used to obtain high-fidelity SMSs of AM products by deforming the nominal layer contours with predicted deviations and rebuilding the complete non-ideal surface model from the deformed contours. A toolbox is developed in the MATLAB environment to demonstrate the effectiveness of the proposed methods

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Cherri, Alexis. "Poudres PEKK pour la fabrication additive par fusion laser". Thesis, Paris, HESAM, 2022. http://www.theses.fr/2022HESAE031.

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Abstract (sommario):

De nos jours, la course au développement de matériaux toujours plus innovants et performants fait subir une constante pression à un grand nombre de secteurs industriels. Parmi eux, l’aéronautique, l’aérospatial, les secteurs de transport et de production d’énergie cherchent à alléger la structure de leurs équipements afin d’en réduire la consommation en énergie et minimiser leur empreinte environnementale. Cet allègement se traduit généralement par la conversion des matériaux métalliques et denses vers des matériaux plastiques et plus légers. La spécificité de ces domaines d’utilisation, ainsi que les conditions de température, de pression, et de vieillissement accéléré auxquelles sont contraints certains de leurs équipements imposent néanmoins un cahier des charges très précis. Le procédé de frittage sélectif par laser (également appelé SLS), récemment mis en œuvre pour la fabrication de pièces thermoplastiques, constitue un grand intérêt pour ces différents secteurs d’activité dans lesquels des pièces sur mesure et à géométrie complexe sont requises. Ce procédé consiste à la fabrication couche par couche de pièces par fusion sélective de grains de poudre à l’aide d’un laser. Le PEKK, copolymère thermoplastique semi-cristallin de hautes performances, valide de nombreux critères lui permettant d’être, depuis quelques années, utilisé dans la fabrication de pièces par SLS. Cependant, la connaissance encore limitée que nous avons de ce polymère complexe, ainsi que sa structure de type copolymère, nécessitent encore à ce jour un travail de recherche conséquent. Cette thèse a eu ainsi pour but, sur une famille de PEKK déjà commercialisée, d’approfondir nos connaissances des propriétés de cristallisation et de fusion qui jouent un rôle essentiel dans la fabrication de pièces par la technologie SLS. Un deuxième objectif était de développer une nouvelle famille de copolymères PEKK à structure régulière. Afin de comprendre au mieux les propriété s de cristallisation de nos polymères, un modèle a été utilisé et une mise en commun de données SAXS / WAXS, DSC et rhéologiques est réalisée. La voie d’une utilisation en SLS d’une nouvelle famille de PEKK à chaîne alternée, jusque-là très peu explorée, a également été étudiée
Nowadays, the need to develop ever more innovative and efficient materials puts constant pressure on a large number of industrial sectors. Among them, aeronautics, aerospace, transport and energy production sectors seek to lighten the structure of their equipment in order to reduce energy consumption and minimize their environmental footprint. This reduction generally results in the conversion of metallic and dense materials towards plastic and lighter materials. The specificities of these industrial sectors, as well as the conditions of temperature, pressure, and accelerated aging to which some of their equipment are constrained, impose very precise specifications. The selective laser sintering process (also called SLS), recently implemented for the manufacture of thermoplastic parts, is of great interest for these different sectors of activity in which custom-made parts with complex geometry are often required. This process consists of the layer-by-layer manufacturing of parts by selective melting of powder by a laser beam. PEKK, a high performance semi-crystalline thermoplastic copolymer, validates many of the criteria for use in SLS manufacturing. However, the still limited knowledge that we have of this polymer, as well as its copolymer-like structure, still require substantial research work to this day. The aim of this work was to deepen our knowledge of the properties of crystallization and melting of a commercially available PEKK grade designed for use in SLS. These properties are of key importance for the successful implementation of the SLS process. A second objective was to develop a new grade of PEKK copolymers with a regular structure. In order to better understand the crystallization properties of our polymers, a model was used and a combination of SAXS / WAXS, DSC and rheological studies is carried out. The way of using in SLS the new grade of PEKK, hitherto very little explored, was also studied. We demonstrated that the copolymer with the regular chain structure exhibits a much simpler crystallization mechanism and a higher crystallization enthalpy which may be a advantage for use in SLS

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Sakly, Adnene. "Fabrication additive de pièces à base d'alliages métalliques complexes". Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0008/document.

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Abstract (sommario):

Cette étude s'inscrit dans le cadre du développement de nouveaux matériaux pour la fabrication additive. Notre objectif est la fabrication de pièces comprenant un alliage métallique complexe (CMA) à l'aide d'un laser UV de stéréolithographie. L'alliage choisi est un alliage quasicristallin dominé par une phase icosaédrique du système AlCuFeB. Des poudres brutes d'atomisations ont été caractérisées par diffractions des rayons X et analyse thermique différentielle. Nous avons montré une bonne absorbance optique de la poudre dans le domaine UV-visible qui rend possible un début de frittage sous l'effet du laser correspondant à la formation de pontages entre les grains à une température d'environ 820°C. Concernant la fabrication à partir d'une suspension de poudres dans un liant, nous avons étudié les propriétés de mouillage des particules AlCuFeB et optimisé un mélange avec une résine époxy chargée par 20 % vol. de particules CMA. L'absorption optique de la suspension dans le domaine UV est suffisante pour fabriquer une pièce composite par stéréolithographie. La granulométrie utilisée est inférieure à 25 µm. Nous avons ainsi réussi à fabriquer des pièces de 14 mm de hauteur, en additionnant des couches de 50 µm. À partir des pièces réalisées, nous avons caractérisé la dureté et les propriétés tribologiques de ce nouveau matériau composite. La dureté des pièces ainsi fabriquées est supérieure à celle de la résine seule et atteint 88 Shore D. Nous avons également mis en évidence une amélioration de 30 % du coefficient de frottement et une diminution du volume d'usure de 40 % par rapport au matériau de la matrice époxy. Ces propriétés rendent attractif ce nouveau matériau composite pour la fabrication par stéréolithographie
This study aimed at developing new materials for additive manufacturing. We focused on producing parts containing complex metallic alloys (CMA) using a UV laser used for stereolithography. The selected intermetallic is a quasicrystalline alloy dominated by the icosahedral phase in the system AlCuFeB. The raw powders produced by gas atomization were characterized by X-ray diffraction and differential thermal analysis. The powders exhibit good optical absorption properties in the UV-visible range allowing direct laser sintering as evidenced by the formation of bridges between the grains at a temperature of about 820°C. In a second step, we have considered the manufacturing of parts made of a suspension of CMA powders in a binder. We have studied the wetting properties of the particles AlCuFeB and optimized a mixture consisting of an epoxy resin filled with 20 % vol. of CMA particles. The optical absorption of the suspension in the UV range was sufficient to produce composite parts by stereolithography. The particle size used was smaller than 25 micrometers. We have managed to make parts reaching 14 mm in height by adding layers with a thickness of 50 microns. Using test samples, we have characterized the hardness and the tribological properties of this new composite material. The hardness of the parts produced by stereolithography is larger than that of epoxy parts and reaches 88 Shore D. We have also shown a 30 % reduction of the friction coefficient as well as a 40 % reduction of wear losses compared to the epoxy matrix. These properties make attractive this new composite material for stereolithography applications

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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 (sommario):

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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Alvarado, Pérez Miriam. "Development of Flexible Gas Sensors Based on Additive Fabrication Processes". Doctoral thesis, Universitat Rovira i Virgili, 2020. http://hdl.handle.net/10803/669439.

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Abstract (sommario):

Els sensors de gasos s’utilitzen per a monitoritzar ambients interiors i exteriors. Algunes aplicacions comuns són per a mesurar el nivell de contaminants als carrers, els gasos alliberats per les fuites industrials i d’automòbils, els gasos a la mineria, el contingut d’alcohol en sang a través de l’alè exhalat, etc. A mesura que creix el camp d’aplicació dels sensors de gasos, es fa necessari adaptar els sensors de gasos als nostres dispositius i pertinences diàries. Es requereixen materials mecànicament flexibles i resistents per a fabricar sensors de gasos flexibles. A banda de proves de detecció de gas, la resistència a la flexió dels sensors ha de provar-se per anomenar “flexible” a un sensor. L’objectiu principal d’aquesta tesi és fabricar sensors de gasos flexibles mitjançant processos additius emprant òxids metàl·lics com a materials sensibles. Els sensors de gasos flexibles es varen fabricar utilitzant un substrat polimèric flexible (Kapton). Els diferents processos emprats varen ser compatibles amb la temperatura de funcionament del substrat. Entre les tècniques emprades estan la plantilla, la serigrafia, la injecció de tinta, AA-CVD. A més a més, es varen realitzar processos superficials per a millorar l’adhesió dels òxids metàl·lics al substrat polimèric. La flexibilitat dels sensors es va provar realitzant una prova de flexió cíclica.
Los sensores de gas se utilizan para monitorear ambientes interiores y exteriores. Algunas aplicaciones comunes son para medir: el nivel de contaminantes en las calles, los gases liberados por los escapes industriales y de automóviles, los gases en la minería, el contenido de alcohol en la sangre a través del aliento exhalado, etc. A medida que crece el campo de aplicación de los sensores de gas, se hace necesario adaptar los sensores de gas a nuestros dispositivos y pertenencias diarias. Se requieren materiales mecánicamente flexibles y resistentes para fabricar los sensores de gas flexibles. Además de las pruebas de detección de gas, la resistencia a la flexión de los sensores debe probarse para llamar “flexible” a un sensor. El objetivo principal de esta tesis es fabricar sensores de gas flexibles a través de procesos aditivos utilizando óxidos metálicos como materiales sensibles. Los sensores de gas flexibles se fabricaron utilizando un sustrato polimérico flexible (Kapton). Los diferentes procesos empleados fueron compatibles con la temperatura de la temperatura de funcionamiento del sustrato. Entre las técnicas empleadas están la plantilla, la serigrafía, la inyección de tinta, AA-CVD. Además, se realizaron procesos superficiales para mejorar la adhesión de los óxidos metálicos al sustrato polimérico. La flexibilidad de los sensores se probó realizando una prueba de flexión cíclica.
Gas sensors are used to monitor indoor and outdoor environments. Some common applications are to measure: the level of pollutants in the streets, the gases liberated by industrial and car exhausts, gases in mining, blood alcohol content through the exhaled breath, etc. As the field of application for gas sensors is growing, it becomes necessary to adapt the gas sensors to our daily devices and belongings. This requires mechanically flexible and resistant materials to fabricate the flexible gas sensors. In addition to gas sensing tests, the resistance to bending of the sensors should be tested to call a sensor flexible. The main objective of this thesis is to fabricate flexible gas sensors through additive processes using metal oxides as sensitive materials. The flexible gas sensors were fabricated using a flexible polymeric substrate (Kapton). The different processes employed were compatible with the temperature of the operating temperature of the substrate. Among the techniques employed are stencil, screen-printing, inkjet-printing, AA-CVD. Also, surface processes were performed to improve the adhesion of the metal oxides to the polymeric substrate. The flexibility of the sensors was tested by performing a cyclical bending test.

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Ganet-Mattei, Florent. "Fabrication additive de matériaux électroactifs pour applications à la mécatronique". Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI011/document.

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Abstract (sommario):

La Fabrication Additive (FA) est un procédé de fabrication qui a commencé à se développer dans les années 80 et qui atteint actuellement une maturité qui lui permet d’être utilisé de manière rentable et fonctionnelle par les industriels. La fabrication additive est définie comme étant le procédé de mise en forme d’une pièce par ajout de matière, à l’opposé de la mise en forme traditionnelle par enlèvement de matière (usinage). Cette nouvelle technologie est une réelle révolution et permet de relever de nouveaux défis technologiques sans précédent. Que ce soit sur un axe matériau ou plus largement dans le cadre de l’usine du futur, la fabrication additive est un réel levier de croissance, mais de nombreux travaux de recherche sont encore à mener afin de perfectionner cette nouvelle technologie. C’est autour de cette problématique que les travaux de thèses se sont focalisés avec un accent sur l’intégration de matériaux électroactifs pour la réalisation de fonction mécatronique tirant profit des procédés de Fabrication Additive. Les actions de recherche montrent que la fabrication additive de matériaux électroactifs sera de plus en plus employée pour la réalisation de fonctions mécatroniques hybrides qui combineront à la fois la structure mécanique, des circuits intégrés en silicium, des pistes conductrices et des matériaux couplés imprimés, intégrant ainsi des fonctionnalités, telles que des capteurs, des affichages ou des sources d’énergie. Les travaux montrent le potentiel applicatif autour du contrôle de santé des structures en composites, mais aussi du contrôle de forme d’instrument pour la chirurgie. Pour arriver au développement de ces dispositifs, les points suivants ont été développés autour des matériaux électroactifs et de leurs règles d’intégrations et d’optimisation
Additive Manufacturing (FA) is a manufacturing process that began to develop in the 1980s and is now mature enough to be used in a cost-effective and functional way by manufacturers. Additive manufacturing is defined as the process of shaping a part by adding material, as opposed to traditional shaping by material removal (machining). This new technology is a real revolution and enables us to meet new unprecedented technological challenges. Whether on a material axis or more widely as part of the plant of the future, additive manufacturing is a real growth driver, but many research work is yet to be conducted to perfect this new technology. It is around this issue that the work of theses focused with a focus on the integration of electroactive materials for the realization of mechatronics function taking advantage of Additive Manufacturing processes. Research shows that additive manufacturing of electroactive materials will be increasingly used for the realization of hybrid mechatronic functions that will combine both the mechanical structure, silicon integrated circuits, conductive tracks and printed coupled materials, integrating as well as features, such as sensors, displays or power sources. The work shows the potential application around the health control of composite structures, but also the instrument shape control for surgery. To arrive at the development of these devices, the following points have been developed around electroactive materials and their integration and optimization rules

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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 (sommario):

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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Bernardo, Jesse Raymond. "Indirect Tissue Scaffold Fabrication via Additive Manufacturing and Biomimetic Mineralization". Thesis, Virginia Tech, 2010. http://hdl.handle.net/10919/36312.

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Abstract (sommario):

Unlike traditional stochastic scaffold fabrication techniques, additive manufacturing (AM) can be used to create tissue-specific three-dimensional scaffolds with controlled porosity and pore geometry (meso-structure). However, due to the relatively few biocompatible materials available for processing in AM machines, direct fabrication of tissue scaffolds is limited. To alleviate material limitations and improve feature resolution, a new indirect scaffold fabrication method is developed. A four step fabrication process is explored: Fused Deposition Modeling (FDM) is used to fabricate scaffold patterns of varied pore size and geometry. Next, scaffold patterns are surface treated, and then mineralized via simulated body fluid (SBF); forming a bone-like ceramic throughout the scaffold pattern. Finally, mineralized patterns are heat treated to pyrolyze the pattern and sinter the minerals. Two scaffold meso-structures are tested: â tubeâ and â backfill.â Two pattern materials are tested [acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and investment cast wax (ICW)] to determine which material is the most appropriate for mineralization and sintering. Mineralization is improved through plasma surface treatment and dynamic flow conditions. Appropriate burnout and sintering temperatures to remove pattern material are determined experimentally. While the â tube scaffoldsâ were found to fail structurally, â backfill scaffoldsâ were successfully created using the new fabrication process. The â backfill scaffoldâ meso-structure had wall thicknesses of 470 â 530 Âµm and internal channel diameters of 280 â 340 Âµm, which is in the range of appropriate pore size for bone tissue engineering. â Backfill scaffoldsâ alleviated material limitations, and had improved feature resolution compared to current indirect scaffold fabrication processes.
Master of Science

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Hayagrivan, Vishal. "Additive manufacturing : Optimization of process parameters for fused filament fabrication". Thesis, KTH, Lättkonstruktioner, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-238184.

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Abstract (sommario):

An obstacle to the wide spread use of additive manufacturing (AM) is the difficulty in estimating the effects of process parameters on the mechanical properties of the manufactured part. The complex relationship between the geometry, parameters and mechanical properties makes it impractical to derive an analytical relationship and calls for the use of a numerical model. An approach to formulate a numerical model in developed in this thesis. The AM technique focused in this thesis is fused filament fabrication (FFF). A numerical model is developed by recreating FFF build process in a simulation environment. Machine instructions generated by a slicer to build a part is used to create a numerical model. The model acts as a basis to determine the effects of process parameters on the stiffness and the strength of a part. Determining the stiffness of the part is done by calculating the response of the model to a uniformly distributed load. The strength of the part depends on it's thermal history. The developed numerical model serves as a basis to implement models describing the relation between thermal history and strength. The developed model is suited to optimize FFF parameters as it encompass effects of all FFF parameters. A genetic algorithm is used to optimize the FFF parameters for minimum weight with a minimum stiffness constraint.
Ett hinder för att additiv tillverkning (AT), eller ”3D-printing”, ska få ett bredare genomslag är svårigheten att uppskatta effekterna av processparametrar på den tillverkade produktens mekaniska prestanda. Det komplexa förhållandet mellan geometri och processparametrar gör det opraktiskt och komplicerat att härleda analytiska uttryck för att förutsäga de mekaniska egenskaperna. Alternativet är att istället använda numeriska modeller. Huvudsyftet med denna avhandling har därför varit att utveckla en numerisk modell som kan användas för att förutsäga de mekaniska egenskaperna för detaljer tillverkade genom AT. AT-tekniken som avses är inriktad på Fused Filament Fabrication (FFF). En numerisk modell har utvecklats genom att återskapa FFF-byggprocessen i en simuleringsmiljö. Instruktioner (skriven i GCode) som används för att bygga en detalj genom FFF har här översatts till en numerisk FE-modell. Modellen används sen för att bestämma effekterna av processparametrar på styvheten och styrkan hos den tillverkade detaljen. I detta arbete har strukturstyvheten hos olika detaljer beräknats genom att utvärdera modellens svar för jämnt fördelade belastningsfall. Styrkan, vilket är starkt beroende på den tillverkade detaljens termiska historia, har inte utvärderats. Den utvecklade numeriska modellen kan dock fungera som underlag för implementering av modeller som beskriver relationen mellan termisk historia och styrka. Den utvecklade modellen är anpassad för optimering av FFF-parametrar då den omfattar effekterna av alla FFF-parametrar. En genetisk algoritm har använts i detta arbete för att optimera parametrarna med avseende på vikt för en given strukturstyvhet.

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Vayre, Benjamin. "Conception pour la fabrication additive, application à la technologie EBM". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENI096/document.

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Abstract (sommario):

Les procédés de fabrication additive sont aujourd'hui de plus en plus utilisés dans l'industrie. Parmi les différentes technologies existantes, les procédés additifs métalliques, et notamment les procédés en couches, sont les plus prometteurs pour la conception de produits mécaniques. Des travaux ont été menés sur la thématique de la conception de produits réalisés par ces moyens, il traitent principalement du choix du procédé le plus adapté, de l'optimisation de formes ou présentent des cas de reconception. Il n'existe cependant pas de démarche globale de conception de produits qui permettent de prendre en compte les spécificités des procédés additifs en couches, notamment leurs contraintes de fabrication.Lors de ce travail de thèse, les changements que ces procédés introduisent dans le domaine des possibles en conception de produits ont été montrés et illustrés par des pièces réalisées par EBM. De nouvelles opportunités s'offrent au concepteur, comme l'accès à l'ensemble du volume de fabrication, la facilité de réalisation de pièces complexes, la possibilité de réaliser des treillis tridimensionnels et la capacité de produire des mécanismes sans assemblage. Les contraintes de fabrication de ces procédés sont spécifiques. Les phénomènes thermiques lors de la fabrication ont une incidence sur la fabricabilité et la qualité des pièces. La phase de retrait de poudre impose quant à elle des contraintes d'accessibilités. Pour prendre en compte cette évolution, il est nécessaire de concevoir spécifiquement les pièces pour la fabrication additive.Le procédé EBM est au centre du travail réalisé. Il s'agit d'un moyen de fabrication additive en couches, par fusion, à l'aide faisceau d'électrons. Les phénomènes thermiques, qui peuvent causer déformations et mauvaise intégrité de la matière, l'opération de dépoudrage et la problématique de la qualité des pièces fabriquées par EBM ont fait l'objet de caractérisations expérimentales. La durée de fabrication et le coût de revient technique des pièces réalisées par EBM ont également été étudiés, afin d'établir la relation entre durée, coût et géométrie des pièces.Pour de prendre en compte les contraintes explicitées auparavant, et pour bénéficier des importantes libertés que ce procédé offre aux concepteurs, une démarche de conception a été proposée. Cette démarche consiste à générer une ou plusieurs géométries initiales, soit directement par le concepteur, soit par l'utilisation d'outils d'optimisation topologique, à partir de données extraites du cahier des charges. Une fois le balançage de la pièce choisi (en prenant en compte les contraintes de fabrication, le tolérancement de la pièce et la productivité de la fabrication), la pièce est modélisée en incluant un jeu de paramètres pour effectuer une optimisation paramétrique. Cette optimisation permet de dimensionner la pièce, tout en prenant en compte les contraintes de fabrication. A l'issue de cette phase d'optimisation, la géométrie finale est obtenue en prenant en compte les exigences des opérations de parachèvement éventuelles et en définissant les supports, s'ils sont nécessaires. Cette démarche a été illustrée par la reconception de deux pièces mécaniques qui répondent aux exigences de leur cahier des charges fonctionnel, sont fabricables à l'aide du procédé EBM et offrent des gains de masse importants.Enfin, un chapitre particulier est consacré aux perspectives mises en évidence (et ayant parfois fait l'objet de travaux préliminaires) à l'occasion de ce travail de thèse
Nowadays, the use of Additive Manufacturing processes keeps growing in the industry. Among the numerous kinds of AM processes, metallic additive manufacturing processes, and metallic Additive Layer Manufacturing in particular, are the most interesting from a mechanical designer point of view. Several research studies have been conducted on the topic of Design For Additive Manufacturing, mostly discussing the choice of AM processes or presenting the redesign of parts. There is no specific design methodology for ALM processes that takes their specificities into account.During this PhD thesis, the changes that ALM processes bring to the design space were investigated. The designer has the opportunity to easily manufacture thin parts, complex parts, lattice structures or mechanisms that don't need any assembly. These processes also have specific manufacturing constraints compared to conventional processes. The heat dissipation is the most important factor since it can cause distortions and porosities. Powder removal, surface and geometrical quality also need to be considered during design. A specific design for additive manufacturing methodology is necessary to take these changes into account.This work focuses on the Electron Beam Manufacturing process. Experiments were conducted and analyzed to assess the manufacturability regarding the thermal phenomena (during melting), the powder removal and the quality of the parts produced by EBM. The impact of the part geometry on manufacturing duration and manufacturing cost was also established.In order to use allow designers to use these pieces of information, we suggested a designing methodology. From the requirements of the parts, one or several parts are generated by the designer or by using topological optimization tools. The orientation of the part inside the manufacturing space is set before designing a refined parametric geometry. This parametric geometry is optimized in order to meet the user requirements as well as the EBM requirements. The last step is the modification of the geometry to comply with the finishing operations (machining allowances for example) and the placement of supports, if needed. This methodology was illustrated with the redesign of two example parts and showed important mass savings from the parts (while meeting user and process requirements).The prospects discovered and highlighted during this work, some of which were preliminary investigated, are presented in a specific chapter

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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 (sommario):

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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Courtais, Alexis. "Conceptions optimales de réacteurs à lit fixe par fabrication additive". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0003.

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Abstract (sommario):

Cette thèse est un travail prospectif qui vise à appliquer en Génie des Procédés des méthodes d’optimisation de forme développées dans d'autres domaines d'ingénierie. La première partie de ce travail est dédiée au développement d'une méthodologie d'optimisation de forme et à son implantation dans le logiciel libre OpenFOAM. Elle a ensuite été appliquée afin de déterminer la configuration optimale du garnissage d'un réacteur à lit fixe en deux dimensions en écoulement monophasique de liquide. La méthodologie développée est ensuite testée pour déterminer la forme du garnissage qui minimise la dissipation d'énergie dans le fluide due aux frottements visqueux, la concentration moyenne de réactif en sortie, ou les deux simultanément à l'aide de l'optimisation multicritère. Les configurations optimales déterminées sont satisfaisantes et permettent une amélioration significative de la conversion du réacteur ou de la perte d'énergie dans le fluide. Dans une seconde partie, une campagne expérimentale a été réalisée dans l'objectif de valider la modélisation CFD effectuée par le logiciel OpenFOAM, nécessaire à l'optimisation de forme et simulant l'écoulement et les réactions mises en jeu dans le réacteur. Pour cela, des maquettes à l'échelle 1 du réacteur initial et des réacteurs optimaux ont été fabriquées par impression 3D dans le but de les expérimenter. Les expériences s'articulent autour de 3 techniques de mesure, la PIV (Vélocimétrie par Image de Particules), la mesure de DTS (Distribution des Temps de Séjour) et la mesure de la conversion à la sortie du réacteur. Finalement, il a été montré que l'optimisation du réacteur sous sa forme 2D permet une amélioration significative de ses performances même si la configuration déterminée est sûrement sous-optimale. En effet, après avoir comparé les mesures expérimentales aux simulations en deux et trois dimensions, il a été constaté que la simulation 3D est plus représentative de la réalité que la simulation 2D. Ainsi, optimiser le réacteur sous sa forme 3D serait une perspective intéressante pour la suite à condition d'améliorer le traitement des contraintes liées à l'étape de fabrication additive des réacteurs
This thesis is a prospective work which aims to apply in Chemical Engineering shape optimization methods developed in other areas of engineering. The first part of this work is dedicated to the development of a shape optimization method to determine the optimal configuration of a two-dimensional packed reactor with a single phase liquid flow. The developed method is then applied to determine the shape of the reactor packing that minimizes the energy dissipation in the fluid due to viscous friction, the average outlet concentration of reactant, or both simultaneously using multi-objective optimization. The optimal configurations determined are satisfactory and allow a significant improvement of the conversion rate or the energy losses in the reactor. In a second part, an experimental campaign was carried out in order to validate the CFD simulation performed by OpenFOAM software, required by the developed shape optimization approach and modeling the fluid flow and reactions involved in the reactor. For this purpose, scale 1 prototypes of the initial and optimal reactors have been manufactured by 3D printing in order to experiment them. The experimental campaign is based on 3 measurement techniques, the PIV (Particle Image Velocimetry), the measurement of RTD (Residence Time Distribution) and the measurement of the conversion rate at the reactor outlet. Finally, it has been shown that the optimization of the reactor in its 2D form allows a significant improvement of its performance even if the determined configuration is probably sub-optimal. Indeed, after comparing the experimental measurements with 2D and 3D simulations, it has been found that the 3D simulation is more representative of reality than the 2D simulation. Thus, optimizing the reactor in its 3D form would be an interesting perspective for the future works, provided the problem of constraints related to the reactor additive manufacturing step is fixed

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Vallereau, Robin. "Fabrication additive d'aimants liés anisotropes par dépôt de fil fondu". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALI012.

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Abstract (sommario):

Les aimants permanents anisotropes à base de terres rares possèdent d’excellentes propriétés magnétiques et sont de ce fait utilisés dans de nombreux dispositifs électromécaniques tels que les moteurs, actionneurs, générateurs, et même aux petites dimensions dans les microsystèmes électromécaniques. On les retrouve sous forme frittée ou liée. Bien que les aimants liés soient moins aimantés que les frittés puisque dilués dans une matrice polymère, ils ont l’avantage de pouvoir être fabriqués en très grande série par moulage par injection et peuvent être de forme complexe. Cependant la production de petites séries, ou d’aimants à la texture magnétique complexe n’est pas actuellement envisageable. La technique de fabrication additive par dépôt de fil fondu répond à certaines de ces problématiques : contrairement au moulage, l’impression 3D est adaptée aux petites séries, permet des formes plus complexes et ne consomme que le volume de matière nécessaire. Quant à la texture, cette thèse décrit une tête d’impression basée sur une extrudeuse à piston et équipée d’un aligneur magnétique, qui a permis d’obtenir des aimants liés à base de terres rares sensiblement anisotropes. Les composites ont été formulés dans du nylon PA12 avec des poudres NdFeB de qualité industrielle, et issues du recyclage d’aimants frittés ; nous avons également employé du SmFeN déjà formulé sous forme de granulés.L’extrudeuse à piston est alimentée par des granulés qui, contrairement aux filaments bobinés, peuvent être hautement chargés de poudre magnétique. L’aligneur magnétique est une couronne d’aimants SmCo assemblés autour de la buse ; il oriente les particules magnétiques lors de l’extrusion pour induire une anisotropie axiale du cordon et améliorer son aimantation rémanente. Il a été dimensionné à la suite d’une étude visant à déterminer la température et le champ à appliquer pour obtenir un alignement optimal dans les conditions d’extrusion. Ce dispositif produit une induction axiale de 545 mT dans la zone d’intérêt. Contrairement aux têtes d’impressions classiques, dans notre extrudeuse le composite fondu est extrudé par un piston, ce qui permet de vaincre les forces de friction qui confinent les particules magnétiques dans la buse sous l’effet des forces radiales liées au gradient de champ magnétique.La fabrication d’aimants liés denses et de bonne qualité requiert d’optimiser les paramètres d’impression. Cependant il persiste toujours une part de porosité générée par le procédé lui-même, qui participe à diminuer l’aimantation rémanente. Quant à l’anisotropie, elle est obtenue en suivant une stratégie de construction de l’aimant lié qui consiste à déposer tous les cordons dans la même direction et dans le même sens. Lors de l’impression d’aimants anisotropes, le frottement de la buse sur la couche fraichement déposée conduit à en désaligner mécaniquement les particules en surface, contribuant ici aussi à dégrader les propriétés maximales. Le composite chargé à 63 %vol de NdFeB (MF-P15) dans du nylon PA12 est particulièrement affecté et présente un degré d’alignement quasiment nul (µ0Mr = 0,3 T et Hc = 995 kA/m) ; tandis que le SmFeN/PA12 (60 %vol) présente un degré d’alignement de 0,3 (µ0Mr = 0,5 T, Hc = 875 kA/m). Les particules de SmFeN sont très fines (d0,5 = 3 µm) par rapport à celle de NdFeB (d0,5 ~75-100 µm) et de forme sphéroïdale : une couche imprimée de 200 µm d’épaisseur contient donc beaucoup plus particules de SmFeN que de NdFeB, et les particules en surface, mécaniquement désalignées lorsque la buse les touche, représentent ainsi une moindre fraction volumique.L’objectif à long terme du projet 6DMag est d’exploiter cette stratégie de dépôt anisotrope par alignement, pour imprimer des aimants liés composés de régions possédant différentes directions d’aimantation. Le prochain défi sera d’aimanter les différentes régions d’un aimant multipolaire sans impacter les régions voisines
Rare earth-based anisotropic permanent magnets have excellent magnetic properties and are therefore used in many electromechanical devices such as motors, actuators, generators, and even at small dimensions in micro-electromechanical systems. They can be found in sintered or bonded form. Although bonded magnets are less magnetised than sintered ones because they are diluted in a polymer matrix, they have the advantage of being able to be manufactured in very large series by injection moulding and can be complex in shape. However, the production of small series, or of magnets with a complex magnetic texture, is not currently feasible. The technique of additive manufacturing using molten wire deposition provides a solution to some of these problems: unlike moulding, 3D printing is suitable for small production runs, allows more complex shapes and consumes only the necessary volume of material. As for the texture, this thesis describes a print head based on a piston extruder and equipped with a magnetic aligner, which made it possible to obtain substantially anisotropic rare-earth-based bonded magnets. The composites were formulated in PA12 nylon with industrial-grade NdFeB powders, derived from the recycling of sintered magnets; we also used SmFeN already formulated in granulated form.The piston extruder is fed with pellets which, unlike wound filaments, can be highly charged with magnetic powder. The magnetic aligner is a ring of SmCo magnets assembled around the nozzle; it orients the magnetic particles during extrusion to induce axial anisotropy in the strand and improve its remanent magnetisation. It was designed following a study to determine the temperature and field to be applied to obtain optimum alignment under extrusion conditions. This device produces an axial induction of 545 mT in the zone of interest. Unlike conventional printheads, in our extruder the molten composite is extruded by a plunger, overcoming the frictional forces that confine the magnetic particles in the nozzle under the radial forces of the magnetic field gradient.The manufacture of dense, good quality bonded magnets requires optimisation of the printing parameters. However, there is always some porosity generated by the process itself, which helps to reduce remanent magnetisation. As for anisotropy, this is obtained by following a construction strategy for the bonded magnet that consists of depositing all the strands in the same direction and in the same sense. When printing anisotropic magnets, the friction of the nozzle on the freshly deposited layer mechanically misaligns the particles on the surface, again contributing to a degradation of the maximum properties. The composite filled with 63 %vol NdFeB (MF-P15) in PA12 nylon is particularly affected and has a degree of alignment of almost zero (µ0Mr = 0.3 T and Hc = 995 kA/m), while SmFeN/PA12 (60 %vol) has a degree of alignment of 0.3 (µ0Mr = 0.5 T, Hc = 875 kA/m). The SmFeN particles are very fine (d0.5 = 3 µm) compared with those of NdFeB (d0.5 ~75-100 µm) and spheroidal in shape: a printed layer 200 µm thick therefore contains many more SmFeN particles than NdFeB, and the particles on the surface, mechanically misaligned when the nozzle touches them, thus represent a smaller volume fraction.The long-term objective of the 6DMag project is to exploit this strategy of anisotropic deposition by alignment, to print bonded magnets composed of regions with different directions of magnetisation. The next challenge will be to magnetise the different regions of a multipolar magnet without impacting neighbouring regions

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Laverne, Floriane. "Concevoir avec la Fabrication Additive : Une proposition d’intégration amont de connaissances relatives à une innovation technologique". Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0042/document.

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Abstract (sommario):

La Fabrication Additive (FA) vient aujourd’hui bouleverser des habitudes de conception bien ancrées, et suscite dans le même temps un intérêt grandissant pour les perspectives qu’elle offre pour l’innovation produit. Pourtant, alors que les enjeux liés à l’innovation sont prépondérants en conception amont, peu de concepteurs connaissent et utilisent le potentiel des connaissances FA pour développer puis sélectionner des solutions créatives. Dans ce contexte, notre recherche a pour objectif d’augmenter la capacité d’innovation des concepteurs en intégrant des connaissances FA lors de la conception amont. Pour cela nous proposons d’intégrer des connaissances FA explicites dites « au juste besoin », c’est-à-dire dont le contenu, l'instanciation et le support sont adaptés aux besoins des équipes de conception. De plus, nous proposons que cette intégration s’effectue dans un modèle de conception permettant l’approche Design With Additive Manufacturing (DWAM). Nos apports sont la proposition : d’une démarche, basée sur le Knowledge Management, permettant de repérer, capitaliser puis valoriser les connaissances FA au juste besoin ; mais également d’un modèle de conception amont en 3 étapes dans lequel les connaissances FA utiles à l’approche DWAM sont spécifiées. Enfin, ce modèle enrichi est valorisé dans un outil numérique support afin de faciliter le travail collaboratif et concourant
The onset of Additive Manufacturing (AM) upsets design practices and is receiving attention because its potential is promising for product innovation. However, while innovation issues are paramount during early design stages, few designers have sufficient knowledge about AM and use it poorly to develop creative solutions. Thus, our research objective is the increase of the innovation capacity of the design team through the integration of AM knowledge into early design. To do this, we propose to use “just needed” AM knowledge, i.e., AM knowledge whose contents, supports and instancing are tailored to the design team needs. Moreover, we propose that this integration takes place in a design model that allows the Design With Additive Manufacturing (DWAM) approach. Our contributions are both the proposal of a methodology based on Knowledge Management dedicated to the identification, the capitalization and the valorization of the “just needed” AM knowledge; and of a design model in 3 stages, in which the useful for DWAM approach AM knowledge is specified. Finally, this enriched model is valued in a digital tool in order to improve collaborative and concurrent design

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Bruyas, Arnaud. "Apport de la fabrication additive multi-matériaux pour la conception robotique". Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAD045/document.

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Abstract (sommario):

La radiologie interventionnelle percutanée permet le diagnostic ou le traitement de tissus cancéreux grâce à l'utilisation d'aiguilles et d'un guidage par imageur. Bénéfique pour le patient, ce type de procédure clinique est en revanche complexe pour le radiologue. Afin de lui apporter une assistance et de contrôler l'aiguille de manière déportée, nous proposons dans ces travaux de réaliser des dispositifs robotisés compliants, donc monoblocs, et multi-matériaux en exploitant la fabrication additive multi-matériaux. Pour y parvenir, nous proposons plusieurs solutions pour réaliser les fonctions cinématique, d'actionnement et de perception. En particulier, nous proposons une nouvelle liaison compliante, la liaison HSC, ainsi qu'un nouvel actionneur pneumatique pour l'insertion d'aiguille. Nous démontrons finalement les apports de la fabrication additive pour la robotique médicale en combinant l'ensemble de ces solutions dans un dispositif assurant un contrôle à distance de l'aiguille
Percutaneous interventional radiology permits the diagnosis or the treatment of cancer tissues thanks to the use of needles and imaging devices. Being minimally invasive, such procedures are beneficial for the patient, but for the radiologist, they are highly complex. In order to assist the physician and remotely control the needle, we propose in this work the design and the manufacturing of multi-material compliant devices by taking advantage of multi-material additive manufacturing. To perform the design of such device, we propose several solutions in terms of kinematics, actuation and sensing. In particular, we developed a new compliant joint, the HSC joint, as well as a new pneumatic actuator for needle insertion. In the end, we demonstrate in the thesis the contributions of multi-material additive manufacturing for medical robotics, by combining all those solutions into a single device that remotely controls both the orientation and the insertion of the needle

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Wang, Hongqing Vincent. "Computer-aided design methods for the additive fabrication of truss structure". Thesis, Georgia Institute of Technology, 2001. http://hdl.handle.net/1853/17249.

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Boyard, Nicolas. "Méthodologie de conception pour la réalisation de pièces en Fabrication Additive". Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0015/document.

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Abstract (sommario):

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

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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 (sommario):

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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Ponche, Rémi. "Conception pour la fabrication additive : application à la projection de poudres". Phd thesis, Ecole centrale de Nantes, 2013. http://www.theses.fr/2013ECDN0017.

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Abstract (sommario):

Ne nécessitant pas d’outillage dédié ni de brut de matière, les procédés additifs apportent de nouvelles perspectives quant au triptyque Produit-Process-Matériau. D’un autre côté, comme tous les autres procédés, ils ont leurs propres spécificités et contraintes liées aux phénomènes physiques mis en jeu au cours du processus de fabrication. Tirer profit de la rupture techno logique que représente la fabrication additive implique donc de concevoir les produits autrement. Ce travail de thèse consiste en l'élaboration d'une méthodologie de conception orientée fabrication additive. Organisée en quatre étapes, la méthode permet, à partir du cahier des charges fonctionnel et des caractéristiques duprocédé de fabrication utilisé, de définir une géométrie de pièce optimisée, à la fois, vis-à-vis des objectifs fonctionnels et des contraintes de fabricabilité. Un domaine de conception est, dans un premier temps, établie à partir des entités fonctionnelles et d'un choix d'orientations de fabrication. La topologie générale du produit y est alors optimisée vis à vis des critères globaux issus des spécifications fonctionnelles et des règles métier globales. La géométrie locale est ensuite définie à partir d'un choix de trajectoires de fabrication et de la simulation du processus de fabrication. Enfin, chaque choix lié à la stratégie de fabrication débouchant sur une géométrie de pièce différente, la dernière étape consiste à identifier celle répondant le mieux aux spécifications attendues. La méthodologie a l’avantage d’être générique dans sa structure et peut être utilisée pour les différents procédés employés pour la fabrication directe. Les contraintes de fabrications sont cependant spécifiques à chaque procédé car liés aux phénomènes physiques mis en jeu au cours des processus de fabrication. Dans le cadre de nos travaux de thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés à la technologie de fabrication par projection de poudres. Ainsi, un modèle du processus de fabrication a été mis en place. Il permet d’évaluer et d’optimiser les stratégies de fabrication vis-à-vis des besoins fonctionnels, en permettant de prédire la géométrie finale des pièces, et des contraintes procédés enpermettant de prédire les variations de paramètres de fabrication. Ce modèle a été particulièrement mis à profit au cours de nos travaux pour alimenter la méthode d'optimisation de trajectoires, par ailleurs proposée, pour la fabrication de pièces à parois minces
Manufacturers are constantly encountering tough international competition. In order to stay competitive they have to developed new products with time and cost constraints always more significant. In this context, as a ‘tool-less’ and digital approach to manufacture, additive manufacturing presents companies with a wide and expanding range of technical and economic benefits. However, the additive manufacturing processes, as the others, have also their own characteristics and limits. Finally, to take advantages of the technological breakthrough which is additive manufacturing, a new way of designing products is needed. This work deals with the development of a new methodology of design for additive manufacturing. Subdivided in four main steps, the proposed method allows from functional specifications and manufacturing process characteristics to define an optimised part geometry regarding both the functional objectives and the manufacturing constraints. In the first step, manufacturing orientations are chosen from the functional entities and allow to propose a design area. The general topology of the part is then optimised in this area regarding the functional specifications and the global manufacturing constraints. In the third step, the accurate part geometry is generated from a choice of manufacturing trajectories and thanks to the manufacturing process simulation. The fourth and last step is to determine and compare each other the different geometries corresponding to all the possible choices of manufacturing strategy. At the end, the best suitable is selected. The proposed method structure is generic and can be applied to all the additive manufacturing processes. However, the physical phenomena involved during the manufacturing processes are different for each one; the manufacturing constraints can be thus also different. This work deals more specifically with the laser claddingtechnology. Indeed, a physical model of this process has been proposed. It allows to estimate and optimise the manufacturing strategies regarding the functional needs and the manufacturing constraints. This model has been particularly used in the optimisation method of manufacturing paths which has also been developed in this work to manufacture thin wall metal parts

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Cadiou, Stephen. "Modélisation magnéto-thermohydraulique de procédés de fabrication additive arc-fil (WAAM)". Thesis, Lorient, 2019. http://www.theses.fr/2019LORIS544.

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Abstract (sommario):

Un des freins au développement des procédés de fabrication additive réside dans la qualité des pièces ainsi fabriquées. Certains défauts, tels que des porosités ou des déformations peuvent apparaître. Ces défauts sont étroitement liés au choix des paramètres opératoires et à l’histoire thermique subit lors de la fabrication. La modélisation numérique peut donc aider à comprendre comment ces paramètres opératoires influent sur la géométrie du dépôt, et sur les cinétiques thermiques qui conditionneront la microstructure et les déformations de la pièce finale. Dans cette thèse, plusieurs modèles numériques de complexité croissante ont été développés afin de mieux appréhender l’état final de la pièce. La première étape a consisté à développer un modèle d’arc représentant un tir statique TIG en 2D axisymétrique. Les équations électromagnétiques, thermiques, et hydrodynamiques sont résolues dans le plasma et le bain de fusion. Ce cas de référence a permis de valider les choix faits pour la description mathématique et numérique. Ensuite, le modèle est complexifié en ajoutant une méthode level set pour le suivi des interfaces mobiles permettant la description du procédé MIG pulsé dans une configuration axisymétrique. Après avoir été validé grâce à des expériences, le modèle est transposé en 3D pour décrire la fabrication d’un mur à l’échelle du bain de fusion avec le procédé CMT. Enfin, le modèle est simplifié en ne résolvant que le transfert de chaleur afin de décrire les transferts thermiques à l’échelle d’une pièce complète
One of the obstacles to the development of additive manufacturing processes is the quality of the built parts. Some defects, such as porosity, deformations or cracks, may appear. These defects depend strongly on the choice of operating parameters. Numerical modelling can therefore help to understand how these operating parameters control the final geometry, and the thermal cycles experienced by the material, which impact the microstructure, the deformations and residual stresses of the final part. In this thesis, several numerical models have been developped in order to better understand the final characteristics of the part. The first one concerns a 2D axial-symmetric model of arc to deal with a static TIG process. The Maxwell equations coupled with the mass, momentum, energy equations are solved in the plasma and the melt pool. Using this reference case, the arc model has been validated. This model has been made more complex by adding a level set method to track the gas-liquid interface present in pulsed MIG process in 2D axial-symmetric geometry. This model has been validated through experimental data and then extended to a 3D geometry to simulate the build-up of a wall using a CMT process. This multiphysics model was limited to the scale of the melt pool. A second 3D model was then proposed at the scale of the wall using a purely thermal model to simulate the multi-layer process with geometry prediction

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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 (sommario):

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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Querard, Vincent. "Réalisation de pièces aéronautiques de grandes dimensions par fabrication additive WAAM". Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0001/document.

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Abstract (sommario):

Dans le domaine de la fabrication additive plusieurs technologies cohabitent et présentent des maturités et des applications différentes : le lit de poudre, la projection de poudre et le dépôt de fil pour ne citer que les principales. Nous avons étudié, dans le cadre de cette thèse, la réalisation de pièces de grandes dimensions du domaine aéronautique en alliage d’aluminium, par technologie WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) robotisée. Cette technologie repose sur l’utilisation un générateur de soudure à l'arc, d’un système de protection gazeuse et d’un système d'alimentation en métal d'apport sous forme de fil. Pour répondre à cette problématique, plusieurs voies de recherche ont été investiguées. La première traitait principalement de la génération de trajectoires : Plusieurs expérimentations ont permis de montrer l’intérêt et l’importance de la génération de trajectoires et notamment la maitrise de l’orientation outil pour la fabrication additive de pièces complexes en étudiant le respect de la géométrie souhaitée. La seconde concernait l’étude de la santé matière des pièces fabriquées. Des observations au niveau de la microstructure, mais aussi des caractéristiques mécaniques ont permis de mettre en évidence l’influence des paramètres opératoires sur la qualité de la matière déposée. Enfin, la réalisation de pièces fonctionnelles dans le cadre d’un projet financé par la DGA/DGAC et dont les partenaires étaient : STELIA, CONSTELLIUM, CT INGENIERIE et l’Ecole Centrale de Nantes, a permis de mettre en avant l’intérêt du procédé pour la fabrication de pièces aéronautiques. Un élément de structure aéronautique composé de raidisseurs a été fabriqué avec le procédé WAAM sur un substrat double courbure en alliage aluminium. Les difficultés accrues de réalisation ont pu être levées par l'emploi de la méthodologie développée dans le cadre de la thèse
In the field of additive manufacturing (AM), several processes are present and have different applications and levels of development: the main technologies are powder-bed based AM, powder projection and Wire Additive Manufacturing (WAM). We have studied, in this PhD work, the manufacturing of large scale components in aluminum alloy for aircraft industry with Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). This technology is based on a welding generator, a shielding gas protection and a feedstock (wire in this case). To solve this issue, several ways of research were investigated. The first one dealt with toolpath generation: several experiments have highlighted the importance of tool path generation and the tool orientation to manufacture complex parts and improve the part accuracy. The second one was about the validation of the material quality after deposit. Microstructural observations and mechanical tests have demonstrated the effect of process parameters on the deposit quality. Finally, in the context of a DGA/DGAC funded research project, whose partners were STELIA, CT INGENIERIE, CONSTELLIUM and l’Ecole Centrale de Nantes, the manufacturing of functional part in aluminum alloy has shown the interest of the process for aircraft industry. A structural component based on a double curvature geometry has been manufactured with WAAM. The methodologies developed in this PhD work have enabled us to solve the issues to manufacture that type of component

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Ettaieb, Kamel. "Contribution à l'optimisation des stratégies de lagase en fabrication additive LPBF". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN050.

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Abstract (sommario):

Au cours du procédé de fusion laser sur lit de poudre, la température atteinte dans une zone locale est susceptible de générer des gradients thermiques importants. Ces gradients conduisent à leur tour à l'apparition de contraintes résiduelles qui ont un effet sur les caractéristiques mécaniques de la pièce, provoquent des déformations, ainsi que des micro et macro fissures. Dans ce contexte, les trajectoires de lasage jouent un rôle fondamental sur le niveau et la distribution de la température au cours de la fabrication. Il est ainsi nécessaire de valider la génération des trajectoires au regard du comportement thermique induit par ce procédé.Cette thèse propose d'exploiter une méthode analytique pour développer un modèle qui permette d'analyser d'une manière rapide et efficace le comportement thermique dans la pièce lors de la fabrication. En effet, à partir d'une trajectoire de lasage donnée, d'un ensemble de paramètres liés au matériau de la pièce à fabriquer et de paramètres liés au procédé, l'outil développé effectue une simulation de la température en chaque point de la pièce, au cours de temps et de manière rapide, comparée aux autres logiciels de simulation thermique. En effet, afin de réduire le temps de calcul et l'espace mémoire utilisé pour une telle simulation, un ensemble de techniques d'optimisation a été mis en place.Le modèle proposé a été validé dans le cas de l'alliage Ti6Al4V par comparaison avec une simulation thermique par éléments finis obtenue par un logiciel industriel. Ensuite, les résultats de ce modèle sont confrontés aux résultats expérimentaux. Une fois le modèle validé, il a été mis en œuvre pour analyser des trajectoires couramment utilisées dans la littérature et dans l'industrie.Afin de réduire les gradients thermiques et améliorer la qualité des pièces, la solution proposée consiste à contrôler la température et la taille du bain de fusion. Pour se faire, le modèle thermique développé a été exploité pour moduler les paramètres du procédé au cours de la fabrication d'une part et pour développer une stratégie de lasage à pas adaptatif d'autre part
During manufacturing by Laser Powder Bed Fusion (LPBF), the achieved temperatures in local areas could generate significant thermal gradients. These gradients lead to the apparition of residual stresses which affect the mechanical characteristics of the part and may cause deformation, as well as micro and macro cracks. In this context, scanning paths play a fundamental role on temperature level and distribution during manufacturing. For that reason, it is necessary to validate the generation of trajectories considering the thermal behaviour induced by this process.The purpose of this PhD thesis is to use an analytical method in order to develop a model that allows a fast and efficient analysis of thermal behaviour, during part manufacturing. Indeed, with a given scanning path, material properties and process parameters, the developed tool performs a temperature simulation at each point of the part, over time and in a fast way, compared to other thermal simulation software. In order to reduce computation time and memory storage used for such a simulation, a set of optimization techniques has been proposed.The developed model has been validated in the case of the Ti6Al4V alloy through a comparison with a finite element thermal simulation obtained by industrial software. Then, the results of this model were compared to experimental results. Once validated, it has been implemented to analyze trajectories commonly used in the literature and industry.In order to reduce thermal gradients and improve part quality, the proposed solution consists in controlling the temperature and size of melt pool. For this purpose, the developed thermal model has been used to modulate the process parameters during manufacturing on the one hand and to develop an adaptive scanning strategy on the other hand

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PREVIDI, ANITA. "ADDITIVE MICRO- AND NANOPATTERNING FOR THE FABRICATION OF BRAIN CELL NETWORKS". Doctoral thesis, Università degli Studi di Milano, 2022. http://hdl.handle.net/2434/895694.

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Abstract (sommario):

The challenges in creating cell cultures with controlled topology and in which cells maintain their in vivo-like phenotype are manifold. Engineering physiologically relevant brain cell networks requires the precise placement of cell bodies in an organized manner while providing the appropriate biophysical cues typical of the native extracellular matrix. In this work, an additive nanofabrication and micropatterning technique is employed to produce nanostructured substrates with complex micropatterns for cell culture aiming at this goal. The strength of this approach resides in the fact that the control on the nanoscale properties of the films, mimicking the native environment of the cells, is combined with the possibility to limit cell adhesion to predetermined substrate areas arranged in patterns. This enables the reproduction of in vitro cell networks with anatomically or functionally relevant geometrical shapes. This thesis provides the details of the method for the fabrication of nanostructured micropatterned films, analysing the advantages and limitations of the technique and providing solutions for obtaining stable and reproducible results. The nanostructured micropatterned substrates were used to characterize the combined effect of the nanoscale topography and cell confinement on astrocytic ensembles. The nanostructure is demonstrated to impact on proliferation, cell morphology, cytoskeletal structure, and calcium activity. It favours the development of astrocytes with morphological features like those found in vivo. Also, the micrometric architecture of the cultures was shown to affect cell morphology and behaviour. Calcium wave signaling was more effective in cells forming elongated clusters with dimension in the same range of blood vessels or axon fibers. The findings of this thesis provide novel insights on the mechanotransductive interaction between astrocytes and the nano- and micro-topographic cues of the cellular microenvironment, while highlighting the crucial role of the biophysical properties of the growth scaffolds to direct brain cell behaviour.

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Braconnier, Daniel J. "Materials Informatics Approach to Material Extrusion Additive Manufacturing". Digital WPI, 2018. https://digitalcommons.wpi.edu/etd-theses/204.

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Abstract (sommario):

Process-structure-property relationships in material extrusion additive manufacturing (MEAM) are complex, non-linear, and poorly understood. Without proper characterization of the effects of each processing parameter, products produced through fused filament fabrication (FFF) and other MEAM processes may not successfully reach the material properties required of the usage environment. The two aims of this thesis were to first use an informatics approach to design a workflow that would ensure the collection of high pedigree data from each stage of the printing process; second, to apply the workflow, in conjunction with a design of experiments (DOE), to investigate FFF processing parameters. Environmental, material, and print conditions that may impact performance were monitored to ensure that relevant data was collected in a consistent manner. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) filament was used to print ASTM D638 Type V tensile bars. MakerBot Replicator 2X, Ultimaker 3, and Zortrax M200 were used to fabricate the tensile bars. Data was analyzed using multivariate statistical techniques, including principal component analysis (PCA). The magnitude of effect of layer thickness, extrusion temperature, print speed, and print bed temperature on the tensile properties of the final print were determined. Other characterization techniques used in this thesis included: differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), and scanning electron microscopy (SEM). The results demonstrated that printer selection is incredibly important and changes the effects of print parameters; moreover, further investigation is needed to determine the sources of these differences.

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Ga, Bastien. "Contribution à l’amélioration de la prise en compte des spécificités des procédés de fabrication additive en conception : application à la qualité de surface". Thesis, Reims, 2019. http://www.theses.fr/2019REIMS019.

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Abstract (sommario):

La FA (Fabrication Additive) est un procédé de fabrication qui rend possible, en ajoutant de la matière couche après couche, la création de pièces en trois dimensions. Cette technologie a de nombreux intérêts car elle permet l’intégration de formes ou de structures complexes, la réduction des déchets, la fabrication sur demande et la réduction du temps de conception. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à déterminer des orientations remarquables de pièces afin de les fabriquer par des procédés de FA. Au vu du grand nombre d’effets liés à l’orientation d’une pièce, nous avons choisi une approche multicritères prenant en compte la qualité de surface des pièces, le volume de support, le temps et le coût de fabrication. Afin d’avoir une bonne qualité de surface sur les faces fonctionnelles de la pièce et pour limiter le post-traitement, une orientation précise a été définie pour chacune d’elle. Cette méthodologie a été développée dans le cadre du projet Taal, projet de recherche et développement précurseur du logiciel 4D-Additive de Coretechnologie. Sur ce dernier, en plus de cette méthodologie, de nombreuses fonctions ont été développées pour préparer la fabrication d’une pièce par un procédé additif. L’orientation d’une pièce en FA est une étape à ne surtout pas négliger. Elle pourra permettre de trouver un compromis entre les spécificités liées aux procédés de FA ou entrainer un coût important de fabrication et une qualité de surface de la pièce médiocre. Des évolutions de la méthode sont possibles comme une étude mécanique de la pièce dans les différentes orientations testées car de nombreuses questions se posent sur la résistance des pièces imprimées
AM (Additive Manufacturing) is a manufacturing process that makes possible, by adding layer-by-layer material, to create three-dimensional parts. This technology has many interests as it allows complex shapes or structures integration, waste reduction, on-demand fabrication and reduced conception time. During this thesis, we tried to determine remarkable orientations of parts in order to manufacture them by AM process. Considering the large number of effects related to part orientation, we chose a multi-criteria approach taking into account the surface quality of the parts, the volume of support, the manufacturing time and cost. In order to have a good surface quality on functional faces of the part and to limit the post-treatment, a precise orientation has been defined. This methodology was developed in the structure of the Taal project, a research and development project precursor of Coretechnologie's 4D-Additive software. On this last, in addition to this methodology, many functions have been developed to prepare the manufacture of a part by an additive process. The orientation of a part in AM is a step that can’t be overlooked. It may make it possible to find a compromise between the specificities related to the AM processes or generate a high manufacturing cost and a poor surface quality of the part. Evolutions of the method are possible as a mechanical study of the part in the different orientations tested because many questions arise on the strength of the printed parts

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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 (sommario):

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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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 (sommario):

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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Joguet, David. "Maîtrise structurale de matériaux par fabrication additive en vue d'applications bio-médicales". Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00879245.

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Abstract (sommario):

De nos jours, le domaine des implants est un des enjeux important pour notre civilisation pour permettre d'améliorer notre quotidien. Pour ce faire, une large offre de matériaux et de technologies existe offrant de nombreuses possibilités afin de répondre aux attentes chirurgicales. Plusieurs familles de matériaux coexistent : les polymères, les céramiques et les matériaux métalliques ainsi que différents procédés de mise en forme. Parmi ceux-ci, le procédé de micro fusion laser sur lit de poudre est un procédé prometteur permettant de réaliser des pièces de géométries complexes. C'est précisément cette technologie qui a été retenue. Pour cela, afin d'approfondir la connaissance du procédé et évaluer l'impact des paramètres sur les structures métallographiques, une orientation se tournant vers des matériaux métalliques tels que le CoCrMo et le titane T40 a été envisagée.Ainsi, les objectifs de la thèse ont été de générer un matériau possédant de bonnes caractéristiques mécaniques ainsi qu'en faciliter son intégration dans un milieu biologique (implants). Pour ce faire, une structure de porosité contrôlée (pour faciliter le développement tissulaire) avec des propriétés mécaniques adaptées aux sollicitations est nécessaire. Le premier travail effectué fut donc une recherche préliminaire afin d'approfondir la connaissance du procédé, en particulier d'un point de vue énergétique et thermique. Afin d'identifier et d'évaluer l'impact des paramètres sur le taux de porosité et donc les propriétés mécaniques de la pièce, une méthode statistique de type Taguchi a été utilisée. Au travers de cette analyse, il est apparu que 3 paramètres inhérents au procédé (la distance entre tache laser, temps d'exposition et le pas de balayage) expliquent prêt de 80% des résultats. De plus, il est mis en évidence que les propriétés mécaniques d'une structure (module de Young et résistance à la rupture) peuvent être maitrisées grâce au taux de porosité de cette dernière et permettre ainsi un rapprochement des propriétés mécaniques de l'os cortical. Pour ce faire, des caractérisations mécaniques ont donc été réalisées pour évaluer le module de Young et la résistance à la rupture des pièces avec différentes structures. Une maîtrise des propriétés peut donc être envisagée et peut même être adaptée en réalisant des structures mixtes alliant partie dense et partie poreuse.

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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 (sommario):

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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Zaman, Uzair khaleeq uz. "Intégration Produit-Process appliquée à la sélection de procédés de Fabrication Additive". Thesis, Paris, ENSAM, 2019. http://www.theses.fr/2019ENAM0006/document.

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Abstract (sommario):

Cette recherche vise à proposer une approche intégrée permettant la prise en compte simultanée des paramètres Produits / process dans le cadre d’une fabrication par ajout de matière. Le développement produit est en profonde mutation, prenant en compte les contraintes de personnalisation, de temps de mise sur le marché de plus en plus court, la volonté d’une approche eco-responsable etc. Ce changement de paradigme conduit à s’intéresser au choix du couple matériau /process dès la phase de conception afin de prendre en compte les contraintes liées au procédé identifié. Cette approche multi critère s’intéresse à la fois au couple matériau procédé mais prend en compte les aspect fonctionnels de la pièce. Ainsi ce travail de thèse présente une méthodologie de décision générique, basée sur des outils de prise de décision multicritères, qui peut non seulement proposer une solution satisfaisant les contraintes liées aux matériaux, processus et processus par addition de matière, mais propose également de servir de guide aux concepteurs permettant un choix raisonné basé sur des combinaisons matériau-machine orientées conception et obtenu à partir d’une base de données de 38 fournisseurs internationaux de machine de fabrication par ajout de matière
The doctoral research focuses to build an integrated approach that can simultaneously handle the product and process parameters related to additive manufacturing (AM). Since, market dynamics of today are constantly evolving, drivers such as mass customization strategies, shorter product development cycles, a large pool of materials to choose from, abundant manufacturing processes, etc., have made it essential to choose the right compromise of materials, manufacturing processes and associated machines in early stages of design considering the Design for AM guidelines. As several criteria, material attributes and process functionality requirements are involved for decision making in the industries, the thesis introduces a generic decision methodology, based on multi-criteria decision-making tools, that can not only provide a set of compromised AM materials, processes and machines but will also act as a guideline for designers to achieve a strong foothold in the AM industry by providing practical solutions containing design oriented and feasible material-machine combinations from a database of 38 renowned AM vendors in the world today

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Orquéra, Myriam. "Conception pour la fabrication additive : approche méthodologique pour les systèmes mécaniques multicorps". Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2019. http://bu.univ-tln.fr/userfiles/file/intranet/travuniv/theses/sciences/2019/2019_Orquera_Myriam.pdf.

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Abstract (sommario):

L’optimisation topologique (OT) est un outil mathématique permettant d’obtenir une répartition optimale de matière. A partir d’un volume donné, soumis à des chargements, l’OT aboutit à un concept de pièce répondant à un objectif et respectant des contraintes. En règle générale, ce concept, de forme très complexe, est irréalisable par des procédés de fabrication conventionnels. Les procédés d’obtention par fabrication additive (FA), relativement récents, permettent de déposer le matériau là où il est nécessaire et rendent ainsi possible la fabrication de pièces topologiquement optimisées ne pouvant pas être obtenues par des procédés traditionnels. Dans la littérature scientifique, les méthodologies de conception pour la fabrication additive sont souvent appliquées à une seule pièce mécanique et peu d'articles traitent de la conception optimisée d'un système mécanique multicorps. Ce travail de thèse a donc pour thématique générale la conception de systèmes mécaniques multicorps pour la FA. Ceux-ci sont composés de pièces liées entre elles par des liaisons cinématiques et ayant des mouvements relatifs. L’objectif de la thèse est de proposer une méthodologie de conception permettant d’obtenir un produit fabricable par FA et optimisé à l’échelle du système par rapport aux besoins fonctionnels. Dans ce but, et afin de tirer profit de toutes les possibilités de la FA, ce mémoire propose, dans un premier temps, une classification des optimisations réalisables lors de la conception d’un produit. Trois optimisations sont identifiées : l’optimisation architecturale, l’optimisation fonctionnelle puis l’optimisation topologique. La chronologie d’application et une démonstration des apports de chacune de ces optimisations sont établies. Dans un deuxième temps, une méthodologie d’optimisation topologique de systèmes multicorps (TOMS Topological Optimization of a Mechanical System) est développée afin de prendre en compte l’impact de la diminution des masses et inerties de chacune des pièces du système sur les autres. Pour cela, une boucle d’optimisation est proposée pour réaliser des itérations d’OT. Puis, l’impact de l’ordre dans lequel sont optimisées les pièces (appelé un chemin d’optimisation) sur le résultat de conception est étudié. Des principes de choix de chemin d’optimisation ont ainsi pu être établis afin d’obtenir le mécanisme répondant au mieux aux besoins du concepteur. Enfin, les trois optimisations (architecturale, fonctionnelle et TOMS) sont intégrées au processus global de conception d’un produit. Une méthodologie globale de conception, intégrant chaque étape du processus avec toutes les données nécessaires, est ainsi proposée. Cette méthodologie permet de concevoir aussi bien une seule pièce qu’un système mécanique multicorps, de la rédaction du cahier des charges à la conception du brut fabricable par FA
Topological optimization (TO) is a mathematical tool used to obtain an optimal distribution of material density. From a given volume, subjected to loads, the TO leads to a concept of part fulfilling an objective and respecting constraints. The optimized part shapes are often too complex to be manufacturable thanks conventional processes. Additive manufacturing (AM) allows the material to be deposited where it is needed. Consequently, the choice of AM to manufacture topological optimized parts is often wise. In scientific literature, published design methods often remain applied to a single mechanical part, with few articles dealing with the design optimization of a product. The purpose of this PhD is to suggest a design method of an additively manufactured multibody mechanical system. It is composed of parts linked together and have relative motions. For this purpose, and in order to take advantage of all the possibilities of the AM, this manuscript suggests in a first step a classification of the optimizations achievable during the design of a product. Three optimizations are identified: architectural optimization, functional optimization and topological optimization. Both the application timeline and a demonstration of the contributions of each optimization are established. In a second step, a topology optimization methodology of multibody systems (denoted TOMS for Topological Optimization of a Mechanical System) is developed to take into account the interaction of the mass and inertia decrease on each part of the system. An organization chart is introduced. It presents a method of loop optimization in order to take into account new boundary conditions. Then, different paths for managing the impact of inertia are shown. Finally, a path ranking taking into account the objectives of the designer is proposed and some optimization principles are suggested. At last, these three optimizations are one step in the process of designing a product. In order to achieve this step with all the skills and knowledge in AM, a global design methodology is proposed. This methodology helps designers to design a single part as well as a multi-body mechanical system, from the specifications to final product

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Danty, Paul. "Mise en forme par fabrication additive de céramique phosphocalcique mimant l'os humain". Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2023. http://www.theses.fr/2023LIMO0052.

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Abstract (sommario):

L’hydroxyapatite (HA) est largement utilisée pour l’élaboration de substituts osseux. En effet, lorsque le défaut osseux est trop important, la réparation naturelle ne peut avoir lieu. L’HA, est alors un excellent candidat pour le comblement osseux grâce à sa composition chimique proche de celle de l’os. De plus, ses propriétés d’ostéoconduction permettent une colonisation efficace des cellules sur le substitut favorisant la formation d’os nouveau. Ce processus est accentué par la structure poreuse et interconnectée du substitut. La mise en forme des substituts architecturés est donc un challenge pour améliorer les propriétés de résistance mécanique et d’ostéointégration. Les technologies d’impressions 3D et plus particulièrement la stéréolithographie (SLA) permettent de répondre aux besoins de l’élaboration d’architecture osseuse complexe. Le principal objectif de cette étude est d’élaborer un substitut en biocéramique mimant l’os trabéculaire humain par cette technologie de fabrication additive. Pour répondre à cette problématique, plusieurs échantillons de tibia humain (1 cm3) ont été collectés durant une intervention chirurgicale, puis scannés par microtomographie RX. Ces scans, d’une résolution de l’ordre du micromètre, vont constituer la base de données 3D de l’os trabéculaire. Le substitut céramique 3D est alors imprimé par fabrication additive (SLA) à partir de ces données. La pièce crue est ensuite frittée afin d’obtenir une architecture trabéculaire en céramique à porosité multi-échelle contrôlée. Pour s’assurer une reproduction à l’échelle du réseau poreux un comparatif est réalisé entre la pièce imprimée et le fichier STL original. Les résultats permettront d’ajuster les paramètres d’impression et ainsi d’optimiser le mimétisme. Enfin, des cellules osseuses humaines ont été ensemencées sur les architectures pour étudier l’adhésion, la fixation et la prolifération de celles-ci à leurs surfaces. L’ensemble des résultats montrent l’efficacité de la SLA pour produire des architectures en céramique phosphocalcique, imitant l’os trabéculaire avec un comportement biologique prometteur
Hydroxyapatite (HA) is a widely used material for developing bone substitutes. In cases of significant bone defects where natural healing is not feasible, HA presents an excellent option for bone augmentation due to its chemical similarity to natural bone. Furthermore, its osteoconductive properties facilitate effective cell colonization, promoting new bone formation. The porous and interconnected structure of these engineered substitutes enhances this process. Designing these structured substitutes is a challenge aimed at improving mechanical strength and bone integration. Leveraging 3D printing technologies, especially Stereolithography (SLA), addresses the need for creating complex bone architectures. The primary objective of this study is to create a bioceramic substitute that mimics human trabecular bone using additive manufacturing. Human tibia samples, obtained during surgical procedures, were collected and subjected to microtomography to generate a high-resolution 3D database of trabecular bone. Using this data, a 3D ceramic substitute was fabricated through additive manufacturing (SLA) and then sintered to achieve controlled multi-scale porosity. A comparative analysis between the printed piece and the original STL file was performed to ensure accurate reproduction of the porous network. The results will inform adjustments to printing parameters for improved mimicry. Finally, human bone cells were seeded onto the engineered structures to investigate cell adhesion, attachment, and proliferation on their surfaces. The comprehensive results demonstrate the efficiency of SLA in producing phosphocalcic ceramic architectures that closely resemble natural trabecular bone, with promising biological performance

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Pouzet, Sébastien. "Fabrication additive de composites à matrice titane par fusion laser de poudre projetée". Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0051/document.

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Abstract (sommario):

Les composites à matrice titane (CMTi) sont des matériaux attractifs pour des applications aéronautiques, en raison de leurs performances mécaniques à haute température et de leur faible densité. La difficulté d’usiner ce type de matériaux rend les procédés de fabrication additive intéressants pour la fabrication de pièces complexes en trois dimensions. Cette étude porte sur l'élaboration de composites à matrice titane par le procédé de fabrication additive par fusion laser de poudre projetée. Dans un premier temps, différents types de poudres- renfort et de préparations de poudre ont été utilisés pour faciliter la mise en œuvre du procédé additif, dans le but d’obtenir des microstructures homogènes. Dans un second temps, l’étude s’est concentrée sur le mélange Ti-6Al-4V / B4C formant des renforts TiB et TiC par voie in-situ dans une matrice de Ti-6Al-4V. Les mécanismes de formation des microstructures obtenues ont pu être expliqués puis une étude des propriétés mécaniques (dureté, module d’Young et comportement sous une sollicitation en traction à chaud et à l’ambiante) a été réalisée afin d’évaluer l’effet du renforcement sur les propriétés mécaniques du matériau. Parmi les résultats importants ce cette étude, la présence de taux de carbone élevés en solution solide dans la matrice de titane a été évoqué comme étant le facteur prédominant dans l'augmentation des propriétés mécaniques avec le taux de B4C
Titanium matrix composites are attractive materials for aeronautical applications, mainly because of their superior mechanical resistance at elevated temperature, combined with a low density. The critical machinability of such composites makes additive manufacturing processes particularly adapted for building complex 3D shapes. This study has been focused on the Direct Metal Deposition (DMD) of Metal matrix composites. In a first step, various powders and powder blends have been carried out in order to facilitate the DMD process and to obtain homogeneous microstructures. Following this, Ti-6Al-4V / B4C powder blends, allowing to obtain TiB + TiC particles distributed in the Ti matrix were more specifically considered. Metallurgical mechanisms involved in the formation of microstructures were identified prior to an investigation on mechanical properties at ambient and elevated temperature for various DMD process conditions and particle concentrations. Among the most interesting results of this study, the influence of a high carbon content solubilized in the Ti-matrix was considered as a dominant factor to explain the evolution of mechanical properties with increased amounts of reinforcements

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Palmer, Andrew. "The Design and Development of an Additive Fabrication Process and Material Selection Tool". Master's thesis, University of Central Florida, 2009. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/3635.

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Abstract (sommario):

In the Manufacturing Industry there is a subset of technologies referred to as Rapid Technologies which are those technologies that create the ability to compress the time to market for new products under development . Of this subset, Additive Fabrication (AF), or more commonly known as Rapid Prototyping (RP), acquires much attention due to its unique and futuristic approach to the production of physical parts directly from 3D CAD data, CT or MRI scans, or data from laser scanning systems by utilizing various techniques to consecutively generate cross-sectional layers of a given thickness upon the previous layer to form 3D objects. While Rapid Prototyping is the most common name for the production technology it is also referred to as Additive Manufacturing, Layer Based Manufacturing, Direct Digital Manufacturing, Free-Form Fabrication, and 3-Dimensional Printing. With over 35 manufacturers of Additive Fabrication equipment in 2006 , the selection of an AF process and material for a specific application can become a significant task, especially for those with little or no technical experience with the technology and to add to this challenge, many of the various processes have multiple material options to select from . This research was carried out in order to design and construct a system that would allow a person, regardless of their level of technical knowledge, to quickly and easily filter through the large number of Additive Fabrication processes and their associated materials in order to find the most appropriate processes and material options to create physical reproductions of any part. The selection methodology used in this paper is a collection of assumptions and rules taken from the author's viewpoint of how, in real world terms, the selection process generally takes place between a consumer and a service provider. The methodology uses those assumptions in conjunction with a set of expert based rules to direct the user to a best set of qualifying processes and materials suited for their application based on as many or as few input fields the user may be able to complete.
M.S.
Department of Industrial Engineering and Management Systems
Engineering and Computer Science
Industrial Engineering MS

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Booysen, G., M. Truscott, D. Mosimanyane e Beer D. De. "Combining additive fabrication and conventional machining technologies to develop a hybrid tooling approach". Interim : Interdisciplinary Journal, Vol 8, Issue 2: Central University of Technology Free State Bloemfontein, 2009. http://hdl.handle.net/11462/367.

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Abstract (sommario):

Published Article
South Africa is constantly loosing contracts for the manufacturing of innovative projects to the East, due to its non-competitive mould-making industry. The paper will report on progress made in a specific focus area in mould-making, namely Hybrid Moulds for injection moulding. Hybrid Moulds refers to a hybrid between Additive Fabrication and conventional methods through the use of amongst others, Direct Metal Laser Sintering techniques, combined with conventional CNC machining (High Speed) techniques. Although the emphasis is on an economically viable process for limited production runs, once the moulds have been developed, it normally is pushed to its limits to realize production quantities. One of the competitive edges is the cutting of lead-times, which obviously impacts on production costs. Another aspect is the ability to manufacture short runs of injection moulded parts in the required engineering material Realising that Laser Sintering of metals is an expensive manufacturing process, a concurrent manufacturing process was developed. Intricate mould details, which normally are time-consuming to manufacture through EDM processes, were grown as inserts, while the less-complex parts of the mould is machined in Aluminium through 3 and 5 Axis High Speed CNC Machining. Using a 3-axis CNC wire cutter, pockets will be created where the more complex Laser Sintered Metal inserts will be fitted. One of the competitive edges is the cutting of lead-times, which obviously impacts on production costs. Another aspect is the ability to manufacture short runs of injection moulded parts in the required engineering material.

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Azman, Abdul Hadi. "Méthode pour l'intégration des structures treillis dans la conception pour la fabrication additive". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI004/document.

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Abstract (sommario):

Il est maintenant possible de fabriquer des structures treillis métalliques facilement avec la fabrication additive. Les structures en treillis peuvent être utilisées pour produire des pièces de faible masse et de haute résistance. Il n’existe pas de méthode de conception pour les structures treillis. Cette thèse se concentre sur les méthodes de conception des structures treillis et la manipulation dans le CAO et FAO pour faciliter l'intégration des structures treillis dans les produits. La thèse a abordé les questions de recherche suivantes:• Pourquoi les structures treillis sont-elles si peu utilisées dans la conception?• Quelles sont les informations nécessaires pour aider les concepteurs à concevoir des pièces contenant des structures treillis?• Comment les structures treillis peuvent-elles être créées rapidement et facilement dans le CAO?Les principales contributions sont les suivantes:• Une évaluation des outils CAO actuels dans la conception de structures en treillis en termes d'interface homme machine, de formats de fichiers CAO et de FAO pour la fabrication d'additive a été effectuée. Les résultats montrent que les outils de CAO et les formats de fichier CAO actuels ont des performances insuffisantes dans le contexte de la conception pour la fabrication d'additive. Les outils de CAO actuels créent et représentent actuellement des structures en treillis utilisant les surfaces limites des volumes. Cela contribue ainsi à la grande taille des fichiers, à une consommation élevée de mémoire vivre, ainsi des opérations fastidieuses pour les modélisations.• Une nouvelle stratégie de conception de structures treillis. Cette méthode sert de guide aux concepteurs pour l'intégration des structures en treillis dans les pièces fabriquées par fabrication additive en utilisant le matériau équivalent. Les concepteurs auront à leur disposition les informations nécessaires pour choisir les types et la densité des structure treillis à utiliser.• Une méthodologie pour calculer les propriétés matériau équivalent. Ces matériaux équivalents remplacent le besoin de créer des structures treillis dans le CAO et de les calculer par éléments-finis. Cela permettra d'économiser du temps dans la création de modèles CAO 3D et les calculs éléments finis.• Les principales caractéristiques géométriques des structures treillis ont été déterminées. Un modèle squelettique a été présenté pour définir les structures treillis à partir de points, de lignes, de sections et de joints au lieu des surfaces et des volumes. Une méthode est présentée pour visualiser et découper les structures treillis à partir du modèle squelette
It is now possible to manufacture metallic lattice structures easily with additive manufacturing. Lattice structures can be used to produce high strength low mass parts. However, it does not exist a method to design lattice structures for additive manufacturing. This PhD focuses on lattice structure design methods and manipulation in CAD, CAE and CAM tools to facilitate the wide use of lattice structures in products. The thesis addressed the following research questions:• Why are lattice structures so little used in part designs?• What are the information necessary to help designers to design parts containing lattice structures?• How can lattice structures be created quickly and easily in CAD?The main contributions are:• An evaluation of current CAD tools in terms of human machine interface, CAD file formats, CAE and CAM to design lattice structures was conducted. The results show that current CAD tools and CAD file formats have insufficient performance in the context of design for additive manufacturing. Current CAD tools create and represent lattice structures using surfaces and volumes. This contributes to large ﬁle sizes, high RAM consumption, as well as time-consuming creations and operations.• A new lattice structure design strategy. This method serves as a guideline for designers to integrate lattice structures in additive manufactured parts using the concept of equivalent material. Designers will be able to choose lattice structure patterns and densities.• A methodology to create equivalent materials is presented. It is solid and does not contain any struts, thus has few surfaces only. With this equivalent material, it will be easier and quicker to conduct FEA due to the small number of surfaces involved. The characteristics of different lattice structure patterns and densities were determined, which are the relative Young’s modulus and relative strength in function of the relative density. This methodology can be applied to all lattice structures.• The main lattice structure geometrical characteristics were determined. A skeleton model was presented to define lattice structures with points, lines, sections and joints instead of surfaces and volumes. A method is presented to visualise in CAD and slice lattice structures in CAM from the skeleton model

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Lambert, Océane. "Solutions architecturées par fabrication additive pour refroidissement de parois de chambres de combustion". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI048/document.

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Abstract (sommario):

En vue de leur refroidissement, les parois de chambres de combustion aéronautiques sont perforées de trous à travers lesquels de l’air plus froid est injecté. La paroi est ainsi refroidie par convection et un film isolant est créé en surface chaude (film cooling). Cette thèse a pour objectif d’utiliser les possibilités de la fabrication additive pour proposer de nouvelles solutions architecturées qui permettraient d’augmenter les échanges de chaleur internes et d’obtenir ainsi de meilleures efficacités de refroidissement.La première approche consiste à élaborer de nouveaux designs de plaques multiperforées par Electron Beam Melting (EBM) et Selective Laser Melting (SLM) aux limites de résolution des procédés. Les architectures sont caractérisées en microscopie, en tomographie X et en perméabilité. Des simulations aérothermiques permettent de mettre en évidence l’effet de ces nouveaux designs sur l’écoulement et les échanges de chaleur, et de proposer des voies d’amélioration de la géométrie.La deuxième approche consiste à élaborer de façon simultanée une pièce architecturée par EBM, avec des zones denses et poreuses. A partir d’analyse d’images associée à une cartographie EBSD grand champ, il est possible de remonter aux mécanismes de formation du matériau poreux et de relier la perméabilité et la porosité aux paramètres procédé. Afin de favoriser le film cooling, il pourrait être avantageux que les zones microporeuses soient orientées dans le sens de l’écoulement. Pour ce faire, un nouveau procédé dénommé Magnetic Freezing, où des poudres métalliques forment une structure orientée par un champ magnétique, est mis au point.Les diverses solutions développées durant cette thèse sont testées sur un banc aérothermique. Les essais montrent qu’elles offrent un refroidissement plus efficace et plus homogène que la référence industrielle. Enfin, de premiers tests en combustion sur l’une des structures retenues, plus légère et plus perméable que la référence, montrent qu’il s’agit d’une solution aussi efficace à un débit traversant donné, et donc a priori plus efficace à une surpression donnée
Combustion chamber walls are perforated with holes so that a cooling air flow can be injected through them. The wall is cooled by convection and an insulating film is created on the hot surface (film cooling). This PhD thesis aims to use the possibilities of additive manufacturing to provide new architectured solutions that could enhance the internal heat exchanges, and lead to a higher cooling effectiveness.The first approach is to develop new designs of multiperforated walls by Electron Beam Melting (EBM) and Selective Laser Melting (SLM) used at the resolution limits of the processes. They are characterized by microscopy, X-ray tomography and permeability tests. Some aerothermal simulations help understanding the effects of these new designs on the flow and on heat exchanges. These results lead to a geometry adaptation.The second approach is to simultaneously manufacture an architectured part with dense and porous zones by EBM. Thanks to image analysis combined with large field EBSD, it is possible to investigate the mechanisms leading to the porous zones and to link them to permeability and porosity. The film cooling effect could be favoured by the orientation of pores towards the cooling flow. Therefore, a new powder-based manufacturing process named Magnetic Freezing, where metallic powders organize into an oriented structure thanks to a magnetic field, is developed.The various solutions studied during this thesis are tested on an aerothermal bench. They all show a more efficient and homogeneous cooling than the industrial reference. Some first tests on one of the selected solutions are performed on a combustion bench. This lighter and more permeable structure proves to be a solution as efficient as the industrial reference at a given flow rate. It should therefore be a more efficient solution for a given overpressure

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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 (sommario):

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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