Microstructures procedurales et stochastiques pour la fabrication fonctionnelle – MuFFin

MuFFin a pour objectif d'établir une approche unifiée pour la synthèse, la visualisation et la modélisation efficace de micro-structures avec propriétés mécaniques contrôlables, dans le contexte de la fabrication additive. MuFFin est un effort inter-disciplinaire combinant des méthodologies en sciences informatiques et sciences des matériaux pour proposer une approche efficace du point de vue calculatoire, tout en produisant des micro-structures aux propriétés physiques contrôlées et vérifiables.

La fabrication additive permet de fabriquer des structures à l'échelle de quelques microns, autorisant ainsi à modifier le comportement à grande échelle des objets. Ceci rend possible une large gamme d'applications industrielles en permettant de concevoir des matériaux optimisés pour des propriétés spécifiques. Les applications concernant la modélisation de pièces remplies de microstructures afin de les alléger tout en préservant leur rigidité, ou bien pour permettre l'absorption d'impacts, sont particulièrement prometteuses.

Les micro-structures vont avoir un rôle décisif dans l'usine du futur, mais de nombreux défis restent à relever. La taille des objets fabriqués augmente sans cesse alors même que la résolution des procédés devient de plus en plus fine. En conséquence la quantité de géométrie à traiter pour les micro-structures croit exponentiellement. Du point de vue calculatoire, stocker entièrement la géométrie des micro-structures (e.g. dans un fichier STL) rendra inutilisable la chaine de traitement numérique aujourd'hui en place (simulation, visualisation, modélisation). Du point de vue des sciences de matériaux, il reste très difficile de remplir des formes avec des micro-structures tout en produisant des gradients internes de propriétés mécaniques, et en assurant la compatibilité de leur géométrie avec les contraintes des procédés de fabrication additive.

Les méthodes de l'état de l'art considèrent essentiellement des micro-structures périodiques, dont la répétition permet de réduire les couts de stockage, d'affichage et de simulation. Cependant, la répétition périodique entraine de nombreuses difficultés lorsqu'il s'agit de faire varier les propriétés des structures a l'intérieur d'une forme, notamment lorsque ces propriétés sont anisotropes et suivent des champs de vecteurs quelconques.

MuFFin a pour objectif de répondre à ces défis pluridisciplinaires avec une nouvelle approche basée sur des micro-structures procédurales, stochastiques, qui répondent aux contraintes des procédés, et dont le comportement à grande échelle est prévisible et contrôlable. Grâce à cette formulation procédurale, MuFFin saura répondre à l'accroissement de la taille des pièces et de la précision des procédés. L'aspect stochastique des micro-structures rend simple et direct les variations de propriétés a l'intérieur des pièces, évitant ainsi les limitations des approches périodiques.