MODELISATION ET OPTIMISATION EXPERIMENTALE DU PROCESSUS DE DEPOT DE MATIERE FONDUE FDM (FUSED DEPOSITION MODELING)

Abstract

La fabrication additive (FA) ou l'impression 3D est une révolution industrielle qui remet en question les modèles de fabrication traditionnels. C’est une technologie de fabrication avancée qui procède à la fabrication des pièces par ajout de matière couche par couche à partir d'un fichier de stéréolithographie numérique (STL) issu du modèle numérique CAO (Conception Assistée par Ordinateur). La norme NF ISO 17296-2, identifie sept familles de procédés de FA les plus utilisés. Le procédé FDM (Fused Deposition Modeling) a été développé par S. Scott Crump en 1989. Le réglage de la température de la machine (environ 200°C) est nécessaire pour la fusion du matériau (PLA), son extrusion et sa déposition en forme de fil dont le diamètre est déterminé par une buse chauffante. Le dépôt de la matière se fait en couches mince dont l’épaisseur varie de 0,08 à 3 mm. Bien que le procédé FDM offre de nombreux avantages, la fabrication de pièces techniques fonctionnelles s'avère être une tâche difficile. Cette difficulté vient principalement de l'influence des paramètres sur les caractéristiques finales des pièces à savoir : La température de la plate-forme, la température de l'extrudeuse, l'épaisseur de la couche, le nombre des contours, la densité de remplissage, la vitesse d'impression, le motif de remplissage et le nombre de couches solides. Le choix de ces huits paramètres doit être validé. Pour cela, nous avons effectué une étude expérimentale pour analyser l'effet de chaque paramètre d’impression sur la précision dimensionnelle, le temps de fabrication et la consommation de matière des pièces en FDM. Dix-huit échantillons ont été réalisés en utilisant divers paramètres du procédé. Les écarts dimensionnels entre la géométrie des échantillons fabriqués et le modèle CAO ont ensuite été mesurés et analysés. La précision dimensionnelle est une préoccupation majeure dans la plupart des applications industrielles. Elle a une influence majeure sur le coût et la qualité fonctionnelle des pièces fabriquées. L'une des questions clés du procédé FDM est de déterminer les paramètres d’impression en vue de réduire ou optimiser l'erreur dimensionnelle, temps d’impression et la consommation de la matière. Pour cela, nous avons adopté notre modèle basé sur le critère D-optimal pour optimiser les meilleures conditions d’impression d’échantillons de haute qualité. Un modèle mathématique a été formulé pour définir la relation entre les paramètres d’impression et l’erreur dimensionnelle, le temps d’impression et la consommation de la matière. La technique d'analyse de la variance (ANOVA) a ensuite été appliquée pour analyser la validation du modèle mathématique. Les coefficients du modèle mathématique sont ainsi calculés à partir des résultats expérimentaux. La méthode RSM a permis d’optimiser la réponse du modèle et de déterminer les paramètres de fabrication optimaux.