Vers une modélisation de structures en impression 3D composites renforcés avec des fibres longues.

par Daouda Nikiema

Projet de thèse en Sciences Pour l'Ingénieur

Sous la direction de Pascale Marceron ép. balland et de Alain Sergent.

Thèses en préparation à Chambéry , dans le cadre de Sciences Ingénierie Environnement , en partenariat avec Systèmes et Matériaux pour la Mécatronique (laboratoire) depuis le 01-09-2021 .

mots clés

• Caractérisation mécanique et modélisation numérique
• Impression 3D
• Caractérisation métrologique et indices de capabilité
• Matériaux et composites fibres longues

Résumé

Les travaux de recherche en impression 3D composites à fibres longues connaissent une croissance importante depuis 2015. Ce moyen tend vers de la réalisation de pièces mécaniques industrielles et non plus seulement de pièces prototypes. Il devient pertinent d'avoir des modèles de comportements à la fois thermomécanique et géométrique des pièces ainsi imprimées. L'objectif des travaux de cette thèse est dans un premier temps, d'identifier une maille élémentaire représentative en fonction des différents paramètres d'impression. Il s'agit ensuite de la caractériser au moins d'un point de vue géométrique et thermomécanique, puis électrique voire acoustique et/ou vibratoire. L'intégration, dans un code de calculs Eléments Finis, de la modélisation issue de ces caractérisations précédemment obtenues sera la dernière étape de ces premiers travaux. On disposera ainsi d'un outil prédictif performant avant de lancer des impressions 3D de pièces de structure qui peuvent être coûteuses en temps et en fibres. De plus, à partir des caractérisations thermiques, électriques, acoustiques ou vibratoires obtenues, il est possible que s'ouvrent des opportunités d'utiliser le renfort fibre comme capteur ou actionneur directement imprimé au coeur de la pièce structurelle.

mots clés

• Long fibre materials and composites
• 3D printing
• Metrological characterisation and capability indices
• Mechanical characterisation and numerical modelling

Titre traduit

Towards a modeling of structures in composite 3D printing reinforced with long fibers.

Résumé

Research in long-fiber composite 3D printing has experienced significant growth since 2015. This means tends towards the production of industrial mechanical parts and no longer just prototype parts. It becomes relevant to have models of both thermomechanical and geometric behavior of the parts thus printed. The objective of the work of this thesis is first of all to identify a representative unit cell according to the different printing parameters. It is then a question of characterizing it at least from a geometric and thermomechanical point of view, then from an electrical or even acoustic and / or vibratory point of view. The integration, in a Finite Element calculation code, of the modeling resulting from these previously obtained characterizations will be the last step of this initial work. This will provide a powerful predictive tool before launching 3D prints of structural parts which can be expensive in terms of time and fiber. In addition, from the thermal, electrical, acoustic or vibratory characterizations obtained, it is possible that there will be opportunities to use the fiber reinforcement as a sensor or actuator directly printed in the heart of the structural part.