Contribution to the modeling of product-process interactions in manufacturing.Application to the compression molding of continuous fiber composites
Contribution à la modélisation des interactions produit-processus de fabrication.Application à la thermocompression des composites massifs à fibres continues
Résumé
The thesis focuses on the study of the innovative EPITHER manufacturing process, which enables the production of bulk structural composite parts incorporating a thermoplastic matrix and continuous oriented fibres. This novel process relies on two key steps: 3D printing preforming followed by compression moulding. The combination of these two processes allows for the achievement of specific properties, such as a high fibre content, low porosity, and dimensional control. The thesis identifies three main scientific challenges. Firstly, product-process interactions are explored, highlighting the influence of compression ratios on composite properties. This investigation is based on interrupted tests and a repeatability study, demonstrating the reliability of 3D printing and compression moulding processes. Secondly, the characterization of elastic properties of massive composites is a crucial step. An inverse identification method is developed, adapted to isotropic-transverse materials, enabling the characterization of five elastic constants. This approach provides rich perspectives for an in-depth understanding of the mechanical behaviours of bulk composites. Thirdly, the thesis focuses on modelling interactions between process parameters and product properties, with an emphasis on the compression moulding phase. Experimental results reveal significant correlations, contributing to a better understanding of the process and paving the way for optimizations in the manufacturing process. In conclusion, this thesis offers promising perspectives for the implementation and characterization of massive composites. The advancements made, particularly in mechanical characterization, understanding, and modelling of product-process interactions, strengthen the scientific and technological foundations of EPITHER. These developments open extended opportunities in the field of composite materials, underscoring the importance of a thorough mastery of the manufacturing process for the development of innovative composites.
La thèse porte sur l’étude du processus de fabrication innovant EPITHER. Ce dernier permet la fabrication de pièces structurelles massives en composite, intégrant une matrice thermoplastique et des fibres continues orientées. Ce processus novateur repose sur deux étapes clés : le préformage par impression 3D suivi d’une thermocompression. L’association de ces deux procédés permet d’obtenir des propriétés spécifiques, tels que l'obtention d'un taux élevé de fibres, une faible porosité, et une maîtrise dimensionnelle. La thèse identifie trois verrous scientifiques principaux. Premièrement, les interactions produit-processus sont explorées, mettant en évidence l'influence du taux de compression sur les propriétés des composites. Cette investigation repose sur des essais interrompus et une étude de répétabilité, démontrant la fiabilité des processus d'impression 3D et de thermocompression. Deuxièmement, la caractérisation des propriétés élastiques des composites massifs constitue une étape cruciale. Une méthode d'identification inverse est développée, adaptée aux matériaux isotropes-transverses, permettant la caractérisation de cinq constantes élastiques. Cette approche offre des perspectives riches pour la compréhension approfondie des comportements mécaniques des composites massifs. Troisièmement, la thèse se penche sur la modélisation des interactions entre les paramètres de processus et les propriétés des produits, en mettant l'accent sur la phase de thermocompression. Les résultats expérimentaux mettent en lumière des liens significatifs, contribuant à une meilleure compréhension du procédé et ouvrant la voie à des optimisations du processus de fabrication. En conclusion, cette thèse offre des perspectives prometteuses pour la mise en œuvre et la caractérisation des composites massifs. Les avancées réalisées, notamment dans la caractérisation mécanique, la compréhension et la modélisation des interactions produit-processus, renforcent les bases scientifiques et technologiques d'EPITHER. Ces avancées ouvrent des opportunités d'application étendues dans le domaine des matériaux composites, soulignant l'importance d'une maîtrise approfondie du processus de fabrication pour le développement de composites innovants.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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