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Analyse thermomécanique et thermodynamique du procédé de fabrication additive polymère par dépôt de fil.

Analyse thermomécanique et thermodynamique du procédé de fabrication additive polymère par dépôt de fil.

Thermomechanical and thermodynamic analysis of the polymer additive manufacturing process by fused filament deposition.

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique numérique et Matériaux

Ecole doctorale

SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Directeur de thèse

PIGEONNEAU Franck

Co-directeur de thèse

VINCENT Michel

Unité de recherche

Centre de Mise en Forme des Matériaux

Contact
Site Webhttp://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-2018-analyse
Mots-clés

Fabrication additive, polymères, thermique, mécanique des fluides, consolidation, cristallisation

Additive manufacturing, polymers , thermal analysis, fluid mechanics, consolidation, crystallization

Résumé

Le travail portera sur les analyses suivantes :
Etude mécanique et thermique :

i. De l'écoulement et de la fusion/plastification du polymère dans la tête de l'imprimante;
ii. du dépôt de polymère fondu sur les précédentes couches.

Le défi est de prévoir par simulation numérique et par des modèles simplifiés les dimensions de la couche déposée, l'importance des porosités, les pressions et températures engendrées et l'occurrence de défauts, en fonction des paramètres de fonctionnement de l'imprimante.

Simulation numérique de la soudure des couches successives par :

i.L'analyse des mécanismes de solidification/refusion dans les couches successives en cours de réalisation ;
ii. L'analyse des niveaux de cicatrisation des interfaces et des porosités via les notions de cristallisation et de diffusion ;
iii. L'analyse des contraintes résiduelles engendrées par la dilatation différentielle entre couches et l'implication sur les déformations de la pièce.


Confrontation modélisation et analyses expérimentales (thermique, morphologies aux échelles macro et micro).

Detailed presentation :
The work will focus on the following analyzes :
Mechanical and thermal study :

i. De lÂ'écoulement et de la fusion/plastification du polymère dans la tête de lÂ'imprimante;
ii. Molten polymer deposit on the previous layers.
The challenge is to predict by numerical simulation and simplified models the dimensions of the deposited layer, the size of the porosities, the pressures and temperatures generated and the occurrence of defects, depending on the operating parameters of the printer.

Numerical simulation of the healing of successive layers by :

i. The analysis of the solidification / remelting mechanisms in the successive layers in progress;
ii. The analysis of the levels of healing of interfaces and porosities via the notions of crystallization and diffusion;
iii. The analysis of the residual stresses generated by the differential expansion between layers and the implication on the warpage of the part.


Comparison between modeling and experiments (thermal, morphologies at the macro and micro scales).

Contexte

Le procédé de fabrication additive, ou impression 3D, par dépôt de fil consiste à fondre le polymère initialement sous forme d'une bobine de fil, et à l'extruder à travers une buse mobile. On dépose successivement des filaments qui avant de se refroidir vont se souder entre eux. La pièce est donc construite couche par couche.
Référence: http://reprap.org/wiki/File:FFF.png

L'enjeu est de maitriser la qualité du produit fini. Cela passe par la compréhension et le contrôle des phénomènes mécanique, thermique et physique ayant lieu lors de la fusion du matériau, lors de son extrusion et de sa dépose, lors du soudage sur les couches précédentes et lors du refroidissement accompagné éventuellement par une cristallisation.
Un consortium entre des acteurs industriels (automobile, ferroviaire) et académiques (laboratoires, centre technique) a été créé dans l'objectif de développer un procédé de fabrication additive par dépôt de fil fondu polymère innovant intégrant les contraintes telles que l'état de surface, l'intégration de fibres de renfort et des fonctionnalités diverses (passives ou connectées).

Encadrement

Autre encadrant: Séverine BOYER

Profil candidat

Diplômé d'une école d'ingénieur ou titulaire d'un Master2, le candidat devra posséder des compétences en mécanique et thermique des écoulements de fluides visqueux, en rhéologie, en physique des polymères et en procédés de mise en forme. Des connaissances et un goût pour la simulation numérique sont souhaitables. Son dynamisme, sa rigueur, sa capacité à travailler en équipe dans un contexte multidisciplinaire seront également des qualités importantes pour la sélection.

Graduate of an engineering school or of a Master, the candidate will have skills in mechanics and thermal analysis of flows of viscous fluids, polymer rheology, physics and processing. Knowledge and a taste for numerical simulation are desirable. His dynamism, his rigor, his ability to work in a team in a multidisciplinary context will also be important qualities for the selection.

Objectif

L'objectif est l'analyse thermomécanique, physique et numérique d'un procédé innovant de fabrication additive par dépôt de fil fondu

Références

...

Type financement

Financement d'une association ou fondation

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