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Kevin GODINEAU




Doctorant de l'ENS Paris-Saclay



Thèse


Optimisation du pilotage de chaines opto-mécaniques en fabrication additive

Encadrement :

  • Christophe TOURNIER, Professeur d'Université à l'ENS Paris-Saclay
  • Sylvain LAVERNHE, Maître de Conférences à l'ENS Paris-Saclay

  • Contexte industriel :

    Les procédés de fabrication additive permettent aujourd'hui d'envisager la fabrication de matériaux fonctionnels encore irréalisables il y a quelques années. La fabrication additive provoque un bouleversement des méthodes de conception et de fabrication des composants des systèmes industriels. Elle se distingue par deux atouts particulièrement décisifs, elle répond à la customisation de masse (ex : fabrication en grande série de prothèses personnalisées), et rend possible la fabrication de pièces extrêmement complexes par leur forme ou par leur structure dotée de propriétés fonctionnelles jamais envisagées jusqu'à présent.

    Contexte scientifique :

    En fabrication additive avec des poudres métalliques ou des polymères liquides, le procédé génère la géométrie de la pièce ainsi que ses caractéristiques structurelles et mécaniques en même temps. Une attention particulière doit donc être portée à la maîtrise du procédé où les trajectoires de lasage y jouent un rôle très important. En effet, ces trajectoires ont une influence majeure sur la distribution de l'énergie thermique dans la pièce. Le calcul de la trajectoire doit donc intégrer les variations du champ de température dans la pièce au cours du temps. De plus, la trajectoire doit être cinématiquement admissible, c'est à dire compatible avec les performances de la chaine optique et de la commande. Dans le cas contraire, la position et la vitesse de parcours ne sont pas celles programmées et l'énergie transférée n'est plus maitrisée. Le suivi de la trajectoire nominale est d'autant plus important que les distances entre passes sont faibles compte tenu de la taille du spot et de la répartition de l'énergie dans celui-ci. Typiquement, les tailles de spot varient de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres et la densité d'énergie peut être, dans le meilleur des cas, quasiment uniforme ou de forme gaussienne dans le cas contraire. Enfin les vitesses de parcours des sources sont de l'ordre de quelques m.s-1 ce qui rend la maitrise du procédé très délicate et nécessite des fréquences de traitement élevées.

    D'un point de vue numérique, le processus de fabrication additive s'appuie sur une chaîne de traitement et d'échange d'informations. A partir d'un modèle 3D de référence du produit, la peau de la pièce est convertie en un maillage STL et un module dédié effectue le découpage en tranches et génère les trajectoires pour chacune des tranches. Ces trajectoires sont ensuite traitées par la commande numérique qui pilote la machine. Cette même chaîne numérique est arrivée à maturité dans le domaine de l'Usinage Grande Vitesse (UGV) et laisse à l'utilisateur le choix de très nombreux paramètres, tant au niveau de la FAO que de la commande numérique. De plus, le logiciel de FAO, la commande numérique et la machine sont des éléments dissociés, développés par des spécialistes de leur domaine, formant un tout extrêmement performant. Mais en fabrication additive, les étapes de traitement de la géométrie, de calcul des trajectoires et de pilotage de la machine sont des boîtes noires intégrées aux machines. L'utilisateur n'a donc que peu ou pas d'information sur les le processus et les algorithmes mis en œuvre. Cette intégration totale permet aux constructeurs de garantir le fonctionnement correct de la machine en toutes circonstances, de conserver leur savoir faire mais empêche toute optimisation pour garantir des gains de qualité et de productivité. Il est donc souhaitable et nécessaire de dissocier le processus en différentes étapes afin de les optimiser tout en garantissant l'interopérabilité entre les étapes.

    Nous proposons donc dans cette thèse de définir les traitements successifs effectués par la CN pour piloter le procédé et maîtriser finement la qualité et la productivité [Beudaert 2013]. Le contexte des travaux est celui des procédés de fabrication additive par couche pour les matériaux métalliques ou photo-polymères, dont la source laser est pilotée par des galvanomètres.


    Enseignement


    2017-2018 : Mission d'enseignement de 64h au Département Génie Mécanique de l'ENS Paris-Saclay

      • Computer aided manufacturing
        TD, Master 2 recherche, ENS Paris-Saclay

      • Systèmes polyarticulés
        TD, TP, Master 1, ENS Paris-Saclay

      • Modélisation 3D des courbes et surfaces
        TD, Master 1, ENS Paris-Saclay

      • Pilotage des machines de production
        TP sur MOCN, Master 1, ENS Paris-Saclay

    2016-2017 : Mission d'enseignement de 64h au Département Génie Mécanique de l'ENS Paris-Saclay

      • Computer aided manufacturing
        TD, Master 2 recherche, ENS Paris-Saclay

      • Systèmes polyarticulés
        TP, Master 1, ENS Paris-Saclay

      • Modélisation 3D des courbes et surfaces
        TD, Master 1, ENS Paris-Saclay

      • TER, Projet SAPHIRE
        Co-encadrement de projet - formation CATIA, License 3, ENS Paris-Saclay


    Parcours

    2015-2016

    2014-2015

      • Master 2 - Formation des Enseignants pour le SUPérieur, spécialité science mécanique, option Génie Mécanique, ENS Paris-Saclay
        Lauréat de l'Agrégation Externe de Génie Mécanique

    2013-2014

    2012-2013
      • Licence 3 - Sciences pour l'ingénieur, mention SAPHIRE, ENS Cachan
    2012
      • Admission à l' ENS de Cachan sur Concours de la Banque PT

    2010 à 2012




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    LURPA, ENS Cachan
    61 avenue du Président Wilson
    94235 CACHAN Cedex
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    +33(0)1.47.40.27.63
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