Méthodologie d'analyse de performance multi-critère pour outiller la prise de décision sur la fabrication additive de pièce en PA (polyamide) renforcé par fibres de carbone

Les technologies de fabrication additive (FA) suscitent un intérêt croissant en raison des nouvelles possibilités et des avantages qu’elles offrent, notamment pour la production de pièces en petites séries. Parmi ces technologies, certaines permettent la mise en forme de composites à matrice polymère thermoplastique, une catégorie de matériaux de plus en plus populaires pour leurs propriétés mécaniques par unité de masse exceptionnelle. Grâce à sa capacité à produire des formes et des conceptions complexes, la fabrication par filament fondu est devenue une méthode de choix pour créer des composites adaptés aux critères industriels. La combinaison de la FA et des matériaux composites est un outil puissant pour alléger les pièces, particulièrement intéressant dans l’industrie du transport. La fabrication par dépôt de fil fondu de matériaux composites est par conséquent une piste d’amélioration afin de réduire la consommation en carburant des véhicules de transport, et donc d’en réduire l’impact énergétique. Afin de poursuivre la production efficace industrielle de pièce allégée par FA composite, une meilleure compréhension des impacts de fabrication est nécessaire, à la fois suivant des aspects traditionnels (mécanique et économique), mais aussi suivant des aspects émergents (énergétique). À ce titre, les paramètres de fabrication sont la pierre angulaire qui lie ces différents aspects. Cette thèse a pour objectif d’outiller la prise de décision des utilisateurs de la FA de matériaux composites, par la mise en place d’une méthodologie d’analyse de performance multi-critère. Ce travail repose sur des données expérimentales, obtenues en partant du cas spécifique du dépôt de fil fondu de polyamide renforcé par fibres de carbones. Les résultats permettent de comprendre et d’évaluer l’impact des paramètres de fabrication sur les aspects mécanique, économique et énergétique. De plus, les résultats obtenus donnent lieu à la mise en place d’une méthodologie générale d’évaluation multi-critère de la FA composite. En premier lieu, un état de l’art permet de distinguer les différents matériaux composites ainsi que les procédés de FA permettant la fabrication de matériaux composites. Également, une étude de la littérature est réalisée sur les paramètres de fabrication et leurs impacts sur les performances mécaniques, économiques et énergétiques. Dans un second lieu, trois campagnes d’essais sont réalisées afin d’évaluer l’impact de cinq paramètres de fabrication : l’épaisseur de couche, la vitesse de déposition, les températures de buse et de plateau, ainsi que la stratégie de chauffe du plateau. À l’aide de ces trois campagnes d’essais, une méthodologie d’analyse multi-critère est mise en place. Cette méthodologie en trois grandes étapes, accompagne la prise en main d’un nouveau couple machine/matériau, développe des outils de modélisation mécanique, économique et énergétique, et enfin, donne un cadre d'analyse multi-critère permettant de sélectionner le jeu de paramètre optimisé.