(Thèse) tranchage courbe pour la fabrication additive par dépôt continu de matière

Proposition de thèse

Titre: Tranchage courbe pour la fabrication additive par dépôt continu de matière.

Contacts:

Sylvain Lefebvre (sylvain.lefebvre@inria.fr)

Cédric Zanni (cedric.zanni@loria.fr)

 Contexte

La fabrication additive (impression 3D) consiste à former un objet physique 3D par ajout successif de matière, typiquement le long de tranches planaires d’épaisseur fixe. Cette technologie permet de produire des pièces à la demande, qui sont parfaitement adaptées à un besoin ou à la morphologie d’un usager.

Malheureusement, les pièces produites ont souvent un aspect de surface rugueux et une résistance mécanique amoindrie. Le problème fondamental vient du dépôt en couche planes qui entraine l’apparition de micro-défauts positionnés en travers de l’épaisseur des pièces: ce sont autant de fragilités qui peuvent entrainer des ruptures mécaniques. Au-delà des aspects structurels, il est aussi souhaitable que l’orientation des couches suive les courbes d’une pièce, pour améliorer la précision et l’esthétique des surfaces (élimination de l’effet d’escalier).

Bien qu’il existe quelques prototypes de plateformes pour la fabrication additive multi-axiale (utilisant du dépôt par fil fondu ou par projection locale de poudres métalliques), il n’existe pas d’algorithme général permettant de préparer une pièce pour sa fabrication par dépôt courbe selon des orientations cibles. Nous souhaitons mettre au point de tels algorithmes.

 Approche

Notre approche consiste tout d’abord à séparer les aspects applicatifs des aspects fondamentaux du tranchage courbe. Pour ce faire, nous représenterons les orientations que les trajectoires de dépôt doivent suivre comme un champ directionnel volumique. Nous nous intéresserons d’abord à un algorithme capable de décomposer un volume en un ensemble de trajectoires de dépôt qui suivent, autant que possible, ce champ donné en entrée. Les trajectoires pourront être envoyées à un robot 6-axes équipé d’une buse d’extrusion qui pourra fabriquer l’objet par dépôt de matière progressif. Dans un second temps, nous proposerons une méthodologie pour calculer des champs de directions pour deux objectifs applicatifs : 1) améliorer la qualité de surface et 2) améliorer la résistance mécanique des pièces.

L’impact potentiel est important puisqu’il s’agit d’améliorer significativement la qualité des pièces produites par la méthode de fabrication additive la plus répandue (dépôt de fil fondu, FFF/FDM) mais aussi de méthodes comme le dépôt métallique « wire arc additive manufacturing ». Cette thèse s’inscrit dans la continuité de notre axe de recherche sur le tranchage pour la fabrication additive, et de notre activité logicielle autour de IceSL ( http://shapeforge.loria.fr/icesl/ ).


Laboratorie d’accueil: LORIA, département 1

Le département « Algorithmique, calcul, image et géométrie » se concentre sur les problèmes de nature algorithmique rencontrés en particulier dans les domaines du calcul symbolique et de la géométrie. Nous étudions tous les aspects algorithmiques, de leurs fondements mathématiques à leurs implantations efficaces et robustes tant pour des données bruitées que pour des calculs imprécis. Les directions scientifiques du département sont organisées autour de trois thèmes principaux. Le premier concerne la géométrie au sens large et porte, plus spécifiquement, sur des problèmes concernant le traitement d’image, la vision par ordinateur, la réalité augmentée, la fabrication additive et la géométrie discrète, combinatoire, algorithmique, probabiliste, algébrique, et non-euclidienne. Le deuxième thème porte sur la cryptologie, tant sur la cryptographie que la cryptanalyse, et partage avec le premier thème de nombreux concepts et objets, par exemple sur les courbes algébriques et les systèmes polynomiaux. Le troisième thème porte sur la théorie statistique de l’apprentissage.

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