Il est maintenant possible de fabriquer des structures treillis métalliques facilement avec la fabrication additive. Les structures en treillis peuvent être utilisées pour produire des pièces de faible masse et de haute résistance. Il n’existe pas de méthode de conception pour les structures treillis. Cette thèse se concentre sur les méthodes de conception des structures treillis et la manipulation dans le CAO et FAO pour faciliter l'intégration des structures treillis dans les produits. La thèse a abordé les questions de recherche suivantes:• Pourquoi les structures treillis sont-elles si peu utilisées dans la conception?• Quelles sont les informations nécessaires pour aider les concepteurs à concevoir des pièces contenant des structures treillis?• Comment les structures treillis peuvent-elles être créées rapidement et facilement dans le CAO?Les principales contributions sont les suivantes:• Une évaluation des outils CAO actuels dans la conception de structures en treillis en termes d'interface homme machine, de formats de fichiers CAO et de FAO pour la fabrication d'additive a été effectuée. Les résultats montrent que les outils de CAO et les formats de fichier CAO actuels ont des performances insuffisantes dans le contexte de la conception pour la fabrication d'additive. Les outils de CAO actuels créent et représentent actuellement des structures en treillis utilisant les surfaces limites des volumes. Cela contribue ainsi à la grande taille des fichiers, à une consommation élevée de mémoire vivre, ainsi des opérations fastidieuses pour les modélisations.• Une nouvelle stratégie de conception de structures treillis. Cette méthode sert de guide aux concepteurs pour l'intégration des structures en treillis dans les pièces fabriquées par fabrication additive en utilisant le matériau équivalent. Les concepteurs auront à leur disposition les informations nécessaires pour choisir les types et la densité des structure treillis à utiliser.• Une méthodologie pour calculer les propriétés matériau équivalent. Ces matériaux équivalents remplacent le besoin de créer des structures treillis dans le CAO et de les calculer par éléments-finis. Cela permettra d'économiser du temps dans la création de modèles CAO 3D et les calculs éléments finis.• Les principales caractéristiques géométriques des structures treillis ont été déterminées. Un modèle squelettique a été présenté pour définir les structures treillis à partir de points, de lignes, de sections et de joints au lieu des surfaces et des volumes. Une méthode est présentée pour visualiser et découper les structures treillis à partir du modèle squelette. / It is now possible to manufacture metallic lattice structures easily with additive manufacturing. Lattice structures can be used to produce high strength low mass parts. However, it does not exist a method to design lattice structures for additive manufacturing. This PhD focuses on lattice structure design methods and manipulation in CAD, CAE and CAM tools to facilitate the wide use of lattice structures in products. The thesis addressed the following research questions:• Why are lattice structures so little used in part designs?• What are the information necessary to help designers to design parts containing lattice structures?• How can lattice structures be created quickly and easily in CAD?The main contributions are:• An evaluation of current CAD tools in terms of human machine interface, CAD file formats, CAE and CAM to design lattice structures was conducted. The results show that current CAD tools and CAD file formats have insufficient performance in the context of design for additive manufacturing. Current CAD tools create and represent lattice structures using surfaces and volumes. This contributes to large file sizes, high RAM consumption, as well as time-consuming creations and operations.• A new lattice structure design strategy. This method serves as a guideline for designers to integrate lattice structures in additive manufactured parts using the concept of equivalent material. Designers will be able to choose lattice structure patterns and densities.• A methodology to create equivalent materials is presented. It is solid and does not contain any struts, thus has few surfaces only. With this equivalent material, it will be easier and quicker to conduct FEA due to the small number of surfaces involved. The characteristics of different lattice structure patterns and densities were determined, which are the relative Young’s modulus and relative strength in function of the relative density. This methodology can be applied to all lattice structures.• The main lattice structure geometrical characteristics were determined. A skeleton model was presented to define lattice structures with points, lines, sections and joints instead of surfaces and volumes. A method is presented to visualise in CAD and slice lattice structures in CAM from the skeleton model.

Le récent développement de la Fabrication Additive de pièces métalliques permet d'élaborer directement des structures à partir de modèles 3D. En particulier, la technologie "Electron Beam Melting" (EBM) permet la fusion sélective, couche par couche, de poudres métalliques. Elle autorise la réalisation de géométries très complexes mais apporte de nouvelles contraintes de fabrication.Ce travail se concentre sur la caractérisation géométrique et mécanique de structures treillis produites par cette méthode. Les pièces fabriquées sont comparées au design initial à travers des caractérisations par tomographie aux rayons X. Les propriétés mécaniques sont testées en compression uni-axiale. Pour les poutres de faibles épaisseur, la différence entre la structure numérique et celle fabriquée devient significative. Les écarts au design initial se traduisent pour chaque poutre par un concept de matière mécaniquement efficace. D'un point de vue modélisation, ce concept est pris en compte en remplaçant la poutre fabriquée par un cylindre avec un diamètre mécaniquement équivalent. Ce diamètre équivalent est utilisé dans des simulations et optimisations "réalistes" intégrant ainsi les contraintes de fabrication de la technologie EBM.Différentes stratégies sont aussi proposées pour réduire la proportion de volume "inefficace" et améliorer le contrôle de la taille des poutres, soit en jouant sur les paramètres procédé et les stratégies de fusion, soit en effectuant des post-traitements. / The recent development of Additive Manufacturing for the fabrication of metallic parts allows structures to be directly manufactured from 3D models. In particular, the "Electron Beam Melting" (EBM) technology is a suitable process which selectively melts a powder bed layer by layer. It can build very complex geometries but brings new limitations that have to be quantified.This work focuses on the structural and mechanical characterization of lattice structures produced by such technology. The structural characterization mainly rely on X-ray tomography whereas mechanical properties are assessed by uni-axial compression. The geometry and related properties of the fabricated structures are compared with the designed ones. For small strut size, the difference between the designed structure and the produced one is large enough to impact the desired mechanical properties. The concept of mechanical efficient volume is introduced. For the purpose of simulation, this concept is taken into account by replacing the struts by a cylinder with a textit{mechanical equivalent diameter}. After validation, it has been used into "realistic" simulation and optimization procedures, thus taking into account the process constraints.Post-treatments (Chemical Etching and Electro-Chemical Polishing) were applied on lattice structures to get rid of the inefficient matter by decreasing the surface roughness. The control of the size of the fabricated struts was improved by tuning the process strategies and parameters.