Design de produits fonctionnels pour fabrication additive

 

Tsz Ho Kwok

Université Concordia

 

Domaine : fabrication et construction

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2018-2019

La fabrication additive, c'est-à-dire l'impression tridimensionnelle, est un nouveau procédé reposant sur l'ajout de couches successives qui permet d'élaborer efficacement des produits complexes sans outils ou accessoires propres aux pièces. Grâce à la croissance rapide de cette technologie, on peut créer des produits fonctionnels avec divers matériaux (ex. : plastiques, élastomères, composites). La fabrication additive offre aux concepteurs plus de liberté dans leur design, notamment dans la création de géométries complexes moins limitées et plus axées sur la fonctionnalité prévue du produit. Celle-ci peut ainsi être déterminée : impression de matériau élastomère pour déformation mécanique particulière, de matériau conducteur pour composant électronique, etc. Toutefois, même si les imprimantes tridimensionnelles sont aujourd'hui largement disponibles sur le marché, on ignore toujours comment intégrer les exigences, les contraintes du procédé et les propriétés des matériaux au design informatisé et à la simulation de produits fonctionnels.
L'étude proposée comblera les lacunes entourant le nouveau procédé, la grande variété des matériaux et la complexité croissante des designs afin de mettre à profit la flexibilité géométrique et matérielle de la fabrication additive. L'objectif du projet est d'appliquer la théorie de l'exemplaire issue de la psychologie pour concevoir des structures matérielles pouvant répondre à la fois aux contraintes de rendement et de fabrication dans le design de produits fonctionnels. Nous examinerons les rapports entre traitement, structure, propriété et rendement pour les élastomères, créerons une bibliothèque de matériaux basée sur les contraintes de fabrication, estimerons la distribution des matériaux en fonction des propriétés mécaniques, minimiserons les erreurs et assurerons la compatibilité. La méthode proposée favorise une approche directe du design afin de transformer les exigences des clients en produits réels. Évolutive et prolongeable, elle contourne le problème de l'optimisation à grande dimensionnalité. Le projet ouvrira un certain nombre d'avenues industrielles : accroissement de la liberté de conception pour des designs plus intentionnels, miniaturisation de produits à l'aide de fonctions auto-intégrées, accélération des processus de design et de fabrication par validation simultanée de la forme et de la fonctionnalité, personnalisation de produits fonctionnels sans outillage ou hausse des coûts, et durabilisation de la fabrication.