Mots clés : Fabrication additive, Matériaux composites à fibres longues, Orientation des fibres, Caractérisation mécanique, Éléments finis, Optimisation, Incertitudes
Contexte
La fabrication additive s’est fortement développée ces deux dernières décennies. Les premières machines ont essentiellement proposé une fabrication à base de polymère vierge. Plus récemment, les machines de fabrication additive métallique ont été marquées par une forte croissance. Pour les matériaux composites à fibres longues, très peu de solutions techniques existent et la recherche scientifique dans ce domaine est à initier. En effet, les procédés existants sont limités car ils s’appuient sur des stratégies de dépôt couche par couche. Cela confère à la pièce un comportement adapté dans le plan mais induit des propriétés hors plan médiocres. Une technologie alternative à ces robots 3 axes consiste à développer une fabrication additive à 6 axes. La tête de dépôt est portée par un bras robotisé multiaxes permettant ainsi la réalisation de véritables pièces composites 3D avec orientation des fibres, dans l’espace.
Objectifs
L’objectif global de la thèse est ainsi de contribuer au développement d’une stratégie de conception et d’impression « 3D véritable » de structures composites à fibres continues. D’un point de vue scientifique, il s’agira d’optimiser la topologie et les orientations des fibres en s’appuyant sur une modélisation par éléments finis permettant d’identifier la localisation des efforts et leur direction dans la structure. La variabilité des propriétés matériaux et physiques conduira à une optimisation sous incertitudes du placement des fibres afin de mener à des solutions robustes. La démarche développée prendra en compte les contraintes de fabrication du système d’impression 3D et des liens méso structure – propriétés mécaniques. Une méthodologie de dialogue sera donc à développer entre le procédé, la modélisation numérique et les essais pratiques. Les résultats de cette thèse permettront de fournir des règles de conception pour la technologie d’impression 3D multiaxes appliquée aux structures composées de matériaux à renfort fibreux.
Profil et compétences du candidat : Titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou de master en mécanique avec des compétences en modélisation numérique.
Des connaissances en optimisation numérique, dans les procédés de fabrication additive et dans la caractérisation mécanique de matériaux composites seraient appréciées.
Lieu de travail : UTC (Laboratoire Roberval) et Carinthia University of Applied Sciences (CISMAT, Autriche)
Contact : fdruesne@utc.fr