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Advanced facilities in the parts inter-layer made by Stratoconception process. Methodology and development of associated tools

Intégration de fonctions avancées à l'inter-strate de pièces réalisées par le procédé de Stratoconception. Méthodologie et développement des outils associés

Résumé : Nos travaux de recherche s'inscrivent dans le contexte du prototypage rapide, plus particulièrement dans celui du procédé de fabrication par couches solides, la Stratoconception, Ce procédé consiste en la décomposition automatique de l'objet en une série de couches élémentaires appelées strates, dans lesquelles des inscris de positionnement sont placés. Chacune de ces strates est directement mise en panoplie, puis fabriquée par micro-fraisage rapide 2,5 axes ou par découpe 5 axes à partir de matériaux en plaques. Tous ces éléments sont ensuite assemblés afin de reconstituer la pièce finale. Si l'usinage est aujourd'hui entièrement automatisé grâce aux logiciels et aux machines dédiés, l'assemblage est une opération qui demande encore une intervention manuelle de l'utilisateur du procédé.
Un bilan des méthodes actuelles utilisées pour l'assemblage des strates (collage, brasage, assemblage mécanique...) montre les inconvénients et les limitations de ces techniques de fixation. L'étape d'assemblage est essentielle car elle influe sur la qualité géométrique, sur la tenue mécanique et sur le temps de réalisation de la pièce. Les techniques utilisées aujourd'hui ne garantissent pas toujours la répétabilité du système et peuvent entraîner une rupture de la chaîne numérique du procédé.
Notre contribution porte sur une nouvelle méthode d'assemblage, l'emboîtement. Elle permet l'intégration d'entités d'assemblage au sein des couches, elle améliore la fixation de celles-ci et elle réduit le temps de montage et surtout les coûts qu'il engendre. Pour cela, nous avons développé un système de génération automatique des entités dans le processus. Ce système permet de réduire le travail nécessaire pour réaliser l'assemblage des pièces et rend ainsi l'opération d'assemblage systématique, en minimisant les interventions manuelles et les incertitudes dues au choix de l'utilisateur. Les outils et méthodes logicielles permettent d'automatiser cette opération, en définissant les entités d'assemblage, leur forme, leur dimensionnement et surtout leur positionnement au sein des couches. Nous présentons diverses approches de localisation de ces entités au travers d'algorithmes de placement par grilles, par forces de répulsion ou par un algorithme génétique de recherche du k-gon maximum inscrit. Le développement d'un algorithme original de localisation automatique des entités par squelettisation a permis d'optimiser le placement des entités par rapport à la géométrie des couches. Ses résultats sont analysés et comparés à une localisation par grille.
Une seconde approche est proposée : l'emboîtement complet. La génération de l'emboîture à partir des contours de l'inter-strate induit la problématique des formes imbricables, c'est-à-dire la création de formes mâles et femelles complémentaires et réalisables par l'outil d'usinage (problème d'accessibilité de l'outil).
Enfin, nous concluons le mémoire en mettant en évidence les premiers résultats industriels au travers des outils implémentés dans le logiciel du procédé et des pièces réalisées par cette nouvelle méthode.