Design of Small Structural Titanium Aeronautic Parts Made by Laser Powder Bed Fusion

Ce mémoire explore à l'aide d'études de cas l'utilisation et l'intégration de la fabrication additive dans l'industrie aérospatiale. La fabrication additive est définie comme étant tous les « procédés de mise en forme d'une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives, en opposition aux procédés par retrait de matière, tel que l'usinage » [1]. Un survol du monde de la fabrication additive est présenté dans ce travail ainsi qu'un état de l'art concernant l'optimisation topologique, un outil mathématique qui « consiste à trouver la répartition de matière idéale dans un volume donné soumis à des contraintes » [2]. La fabrication de structures aéronautiques étant majoritairement dominée par les procédés soustractifs comme l'usinage ou de mise en forme comme le forgeage, les méthodes de conception sont peu adaptées aux procédés additifs. En effet, les contraintes des procédés de fabrication conventionnels limitent les géométries innovantes. Une nouvelle méthode de conception est proposée ici qui intègre l'usage de l'optimisation topologique afin de réduire le poids des pièces d'avion. Une revue des solveurs commerciaux disponibles sur le marché est aussi faite avec une évaluation de leur niveau de maturité ainsi que leur potentiel pour à des développements futurs. La configuration des modèles d'optimisation topologiques est explorée et des lignes directrices sont extraites. Subséquemment vient l'interprétation des résultats d'optimisation qui a toujours été un grand défi, spécialement avec la méthode d'optimisation topologique SIMP, utilisée dans ce mémoire. Ici, une approche innovante est présentée qui permet de déterminer le degré d'exactitude d'un résultat d'optimisation topologique et donc éviter l'interprétation de résultats aux performances insatisfaisantes. De plus, comme l'interprétation avec des outils de modélisation avec éléments paramétrés comme CATIA est une étape très longue, une étape d'interprétation partielle a été ajoutée à la méthodologie. À l'aide d'un outil de conception basé sur la déformation du maillage, on est alors capable d'adoucir et de corriger les erreurs numériques d'un résultat d'optimisation. Ceci permet de réduire l'étape d'interprétation de plusieurs heures à quelques minutes. La qualification et la certification des pièces et du procédé est un élément majeur de l'intégration de la fabrication additive en aéronautique. C'est pourquoi une des études de cas sera amenée jusqu'à la qualification dans ce projet.