Nouvelles méthodologies de conception de moules et noyaux architecturés de fonderie sable fabriqués par fabrication additive

Novel design methodology of architecture foundry sand molds and cores by additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Tugdual Le neel
• Direction : Jean-Yves Hascoët, Pascal Mognol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 03/09/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Nadège Troussier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Hascoët, Pascal Mognol, Nadège Troussier, Mohamed El Mansori, Frédéric Segonds, Didier Horlaville
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed El Mansori, Frédéric Segonds

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moulage au sable

Procédés de fabrication

Impression 3D

Fonderie

Mots clés libres

Fabrication additive

Impression 3D

Fonderie

Conception pour la fabrication additive

Optimisation

Simulation

DFAM

Additive manufacturing

3D printing

Foundry

Design for additive manufacturing

Optimization

Simulation

DFAM

Résumé

La fabrication additive impacte les savoirs faire traditionnels du métier de fondeur. Des nouvelles machines déposant couche par couche sable et liant permettent une fabrication d'outillage de fonderie sur mesure, unitaire et plus complexe. Dans le cadre de la présente thèse, on s’intéresse au développement de nouvelles méthodologies de conception des moules et des noyaux de fonderie sable. La réflexion prend en compte le domaine de conception mécanique, les contraintes, l'obtention d'une pièce optimisée, les contraintes des techniques de fabrication additive et de fonderie. Un premier chapitre fait un état de l’art de la technique, indiquant que des opportunités de recherches sont à saisir. Le deuxième chapitre propose une méthodologie de conception d’optimisation - - de la masse et maitrise du refroidissement du moule par la variation de l’épaisseur et conductivité thermique locale du moule. Un troisième chapitre s’intéresse à l’impact thermique de l’architecturation des parois. Le quatrième chapitre offre une méthodologie de conception en grappe, permettant d’optimiser la compacité du bac de fabrication. Cette méthode s’intéresse à l’imbrication du jet de coulée. Finalement, le cinquième chapitre propose de pallier le problème des points chauds grâce à la fabrication additive multimatériaux. Pour argumenter ces chapitres, des essais de conductivité thermique, de résistance mécanique, des simulations, des fabrications, coulées, et analyses sont réalisés. Ainsi, ces nouvelles règles métiers bénéficieront aux fondeurs de demain.

Additive manufacturing impacts the traditional skills of the foundry profession. New machines depositing layer by layer sand and binder allow a manufacturing of custom foundry tools, unitary, and more complex. In this thesis, we are interested in the development of new methodologies for the design of molds and cores for sand foundries. The reflection takes into account the geometrical design, the design constraints, the constraints of additive manufacturing and foundry techniques. A first chapter describes the state of the art, indicating that research opportunities are to be seized. The second chapter proposes a design methodology for optimizing the mass and controlling the mold’s cooling speed by varying - - the thickness and local thermal conductivity of the mold. A third chapter deals with the study of the thermal impact by the architecture of the walls.The fourth chapter offers a cluster design methodology, allowing the optimization of the compactness of the manufacturing build volume. This method also proposes a novel design by nesting the casting sprues. Finally, the fifth chapter proposes to overcome the problem of hot spots by using multi-material additive manufacturing.To support these chapters, tests of thermal conductivity, mechanical resistance, simulations, manufacturing, casting, and analyzes are carried out. Thus, these new manufacturing guidelines will benefit the founders of tomorrow.