Développement d'une méthodologie pour la fabrication additive dans un contexte de fabrication de pièces métalliques par usinage

Development of a methodology for additive manufacturing in the context of manufacturing metal parts by machining

• Auteur / Autrice : Vincent Benoist
• Direction : Lionel Arnaud, Maher Baili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Perry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Arnaud, Maher Baili, Nicolas Perry, Hélène Chanal
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Duc, Jean-Yves Hascoët

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie industriel

Prototypage rapide

Thèses et écrits académiques

Ergonomie

Mots clés libres

Fabrication additive

Optimisation Topologique

Usinage

DFAM

Parachèvement

Additive Manufacturing

Topology Optimization

Machining

DFAM

Finish Process

Résumé

De plus en plus, et notamment en fabrication additive métallique, les grands donneurs d’ordre sollicitent leurs fournisseurs de premier rang pour participer au développement de nouveaux produits et/ou nouvelles techniques afin de réduire les temps de développement et les coûts d’obtention des produits. L’entreprise COUSSO, déjà largement reconnue en usinage a lancé cette thèse CIFRE afin de développer une intégration des contraintes d’usinage au niveau même de la conception des pièces fabriquées additivement. Pour cela, une adaptation des méthodes de «Design for Additive Manufacturing» (DfAM) a été développée spécifiquement, en intégrant les contraintes d’usinage dans l’optimisation topologique. Il a été d’abord montré que les efforts d’usinage étaient parfois les efforts les plus élevés que la pièce subissait au cours de sa vie. Il a ensuite été montré que les méthodes d’optimisation topologiques sensées fournir le design optimal offrent en réalité toute une famille de formes quasi optimales et qu’il était tout à fait possible de sélectionner et d’orienter les meilleurs design, permettant une bien meilleure fabricabilité de la pièce. Un autre axe de recherche concerne l’enlèvement des supports, qui en fabrication additive métallique posent de sérieux problèmes. Pour aider les concepteurs à choisir les supports les plus adaptés à l’usinage, parmi l’immensité des supports possibles actuellement , une approche méthodologique très concrète a été proposée et mise en oeuvre pour faire rapidement des choix de supports, d’outils, et de conditions de coupe, et ceci étant applicable dans un contexte de PME

More and more, and particularly in metal additive manufacturing, major contractors are asking their first-rank suppliers to participate in the development of new products and / or new techniques in order to reduce development times and the costs of obtaining products. The Cousso company, already widely recognized in machining, launched this CIFRE thesis in order to develop the integration of machining constraints at the very level of the design of additively manufactured parts. To do this, an adaptation of the «Design for Additive Manufacturing» (DfAM) method has been specifically developed, in particular by integrating the machining constraints into topological optimization. It was first shown that the machining forces were sometimes the highest forces that the part underwent during its life. It was then shown that topological optimization method, thought to provide the optimal design, actually offer a whole family of near-optimal shapes and that it was quite possible to select and orient the best designs, allowing a better manufacturability of the part. Another axis of research concerns the removal of supports, which in metal additive manufacturing pose serious problems. To help designers choose the most suitable supports for machining, among the immensity of currently possible supports, a very concrete methodological approach was proposed and implemented to make choices of supports, tools, and cutting conditions, and being applicable in an SME context.