Etude numérique et expérimentale du formage incrémental robotisé à chaud de pièces composite et thermoplastique

Le formage incrémental est un procédé de prototypage rapide permettant de réaliser sans matrice ni poinçon de forme, en exploitant une machine à commandes numériques d’usinage à 3 axes afin de générer des formes très diverses. Ce procédé est largement étudié ces dernières années pour la mise en forme de pièces métalliques avec une machine à commande numérique. Le formage robotisé offre une flexibilité accrue et un espace de travail plus important. L’objectif de ce projet est de mettre en œuvre un procédé de formage incrémental à chaud de plaques thermoplastiques avec la robotique. Or, les pièces thermoplastiques sont soumises à des contraintes multiples (températures, temps de refroidissement, …) qui ont un impact sur leur géométrie (pièces dilatées, contractées, galbées, …). De plus, il peut exister également une incertitude importante sur le positionnement de chaque pièce par rapport à l’outil de formage. Le guidage du bras robot grâce à l’utilisation de caméra et capteurs laser de vision 3D pour la localisation de pièces, la reconnaissance de formes, la détection d’éventuels défauts de forme, le contrôle de l’état de surfaces est un point décisif pour l’optimisation de ce procédé de production. Afin de garantir la précision dimensionnelle des pièces formées, une approche couplée matériau/procédé/machine est proposée basée sur des travaux de recherche à la fois expérimentaux et numériques.
La démarche dans ce projet consiste à développer un outil de simulation avancé, intégrant le comportement de la pièce composite ou thermoplastique afin d’assurer le contrôle et l’optimisation du procédé de formage. Un modèle élastique des robots sous sollicitations statiques et dynamiques permettra de synchroniser et d’optimiser les trajectoires des outils grâce à l’évaluation précise des efforts de formage et de la forme finale après débridage, fournis par le modèle numérique. La modélisation du comportement thermo-viscoplastique des plastiques lors du formage est indispensable pour prédire correctement le procédé de formage incrémental. Cette modélisation du matériau s’appuiera sur des essais expérimentaux de caractérisation du matériau. On propose d’utiliser un bras robot 7 axes intégrant le guidage de vision 3D avec reconnaissance de forme. Une approche couplée matériau / procédé / machine / Vision 3D est proposée basée sur des travaux de recherche à la fois expérimentaux et numériques. Une plateforme expérimentale de formage incrémental à chaud de pièces thermoplastiques et composites sera développée. Enfin, la démarche sera validée à partir de comparaison entre prédictions numériques et pièces expérimentales formées.

Laboratory of Mechanical & Material Engineering (LASMIS)

Mechanics and materials are key factors in the development of future mobility and transportation and in the success of the energy transition. Doubling the life of a component reduces the need for recycling and the impact on the environment by half. Lightening structures by optimizing or improving material performance reduces the energy consumption of transportation. We work to ensure that future mechanical components protect society and natural resources.

UR/LASMIS (Laboratory of Mechanical & Material Engineering) proposes an ambitious and strong project focused on different issues :

1. Extend the life of components (performance + monitoring)
2. Lighten structures (energy consumption, choice of materials...)
3. Develop high-performance materials (mechanically, thermally, chemically...)
4. Develop materials with low environmental impact (agro-materials)
5. Optimize materials, processes, treatments and structures

Automatic Mesh Generation & Advanced Methods (GAMMA3)

Both science and engineering need complex, relevant and reliable models to understand, explain, predict and optimize. To be realistic, problems are often multi-scale and multi-physical. Indeed, objects of very different sizes and physical couplings such as solid mechanics and fluid dynamics, thermics, electromagnetism are considered. GAMMA3 is specialized in iterative processes that allow the progressive adaptation of numerical schemes during computation, in order to control the accuracy of the solutions and to ensure the correct resolution of the problem. Time-dependent problems are also addressed.

Research topics

1. Meshing Methodologies
2. Geometrical Modeling
3. Advanced Computation and Simulation

génie mécanique, simulation numérique, matériaux, procédés de mise de forme