Nos travaux de recherche s’inscrivent dans le contexte du prototypage rapide, plus particulièrement dans celui de la Stratoconception. Ce procédé consiste en la décomposition automatique de l’objet en une série de couches élémentaires appelées strates. Chacune de ces strates est directement fabriquée par micro-fraisage rapide 2,5 axes à partir de matériaux en plaques. Tous ces éléments sont ensuite assemblés afin de reconstituer la pièce finale. Si l’usinage est entièrement automatisé, l’assemblage est une opération qui demande encore une intervention manuelle. Un bilan des méthodes actuelles utilisées pour l'assemblage des strates montre les inconvénients et les limitations de ces techniques. Notre contribution porte sur une nouvelle méthode d’assemblage, l’emboîtement. Elle permet l’intégration d’entités d’assemblage au sein des couches. Pour cela, nous avons développé un système de génération automatique des entités dans le processus. Les outils et méthodes logicielles permettent d’automatiser cette opération, en définissant les entités d’assemblage, leur forme, leur dimensionnement et surtout leur positionnement au sein des couches. Nous présentons diverses approches de localisation de ces entités au travers d’algorithmes de placement par grilles, par forces de répulsion ou par un algorithme génétique de recherche du k-gon maximum inscrit. Le développement d’un algorithme original de localisation automatique des entités par squelettisation a permis d’optimiser le placement des entités par rapport à la géométrie des couches. Une seconde approche est proposée : l’emboîtement complet. La génération de l’emboîture à partir des contours de l’inter-strate induit la problématique des formes imbricables, c’est-à-dire la création de formes mâles et femelles complémentaires et réalisables par l’outil d’usinage. Enfin, nous concluons le mémoire en mettant en évidence les premiers résultats industriels au travers des outils implémentés dans le logiciel du procédé et des pièces réalisées par cette nouvelle méthode. / Our research works are related to rapid prototyping, and specially to the Stratoconception process. The process consists in automatically decomposing the object into a series of elementary layers, called strata. Each of these strata is directly manufactured using high-speed 2.5 axis micro-milling of slabs of material. All of these elements are then assembled in order to reconstruct the final part. If machining is automated, assembling is a manual task. An assessment of the current used methods for layers assembly show the disadvantages and the limitations of these techniques. Our contribution relates to a new assembly method: jointing. It allows the integration of assembly features into layers, it improves fixing and reduces the manufacturing time and costs. We developed a process planning system in the process to generate this features. The software tools are abled to automate this operation, by generating assembly features, their form, their dimensioning and especially their location into layers. We present various approaches of localization of these features through placement algorithms based on grids, forces of repulsion or genetic algorithm. The development of an original localization skeleton-based algorithm made it possible to optimize the placement of the features taking into account layers geometry. One second approach is proposed: complete jointing. The joint is generated from inter-layers contours induced the build-in shape problem, i.e. male and female complementary shapes machining by the tool. Lastly, we conclude the manuscript by highlighting the first industrial results through the tools integrated into the process software and the parts manufactured by this new method.

La Stratoconception est un procédé de prototypage rapide permettant de fabriquer directement par couches une pièce créée par CAO. Ce procédé consiste à trancher une pièce en un ensemble de couches élémentaires simples, appelées strates, dans lesquelles sont introduits des renforts et inserts. Les pièces élémentaires sont identifiées puis fabriquées directement par micro-fraisage rapide, à partir de matériaux en plaques. Ces pièces élémentaires sont ensuite assemblées pour reconstituer le produit final. La notion de décomposition de modèle numérique en entités donne encore lieu à de nombreux développements et travaux. A l’origine, les entités de décomposition correspondaient à des entités élémentaires d’usinage (plan, cylindre, balayage…). Aujourd’hui, les travaux portant sur la décomposition de modèles sont surtout appliqués dans les domaines de l'imagerie, de la reconnaissance de similarités et de la réation de nouveaux modèles à partir de mode`les existants. Lorsqu’on applique la notion de décomposition à la Stratoconception, il apparaît que celle-ci n’est pas unique et qu’il est possible de définir trois types de décompositions adaptées à des problématiques bien distinctes : décomposition en strates, en morceaux et en entités. Chacune de ces décompositions résout des problèmes d'accessibilté, de réduction de dimensions de modèles et d'optimisation de vitesse de réalisation. Nous avons plus particulièrement travaillé sur l'optimisation du tranchage par l'utilisation de points caractéristiques et sur l'utilisation de la ligne de reflet pour la décomposition de formes tubulaires. Nous avons également étudié un algorithme de décomposition en entités convexes approchées. / Stratoconception is a rapid prototyping process. It allows the direct manufacturing of a CAD model, layer after layer. This process consists in breaking the part down, by computing, into a set of straightforward elementary layers called stratum, in which stiffeners and strengthening plugs are inserted. The elementary parts are identified and then directly manufactured by rapid milling from sheet material. These elementary parts are the fitted together and imbricated in order to rebuild the final part. A lot of work was published about decomposition of model. At the beginning, the entities were used in the context of machining (of plane, cylinder,...). Nowadays, the decomposition is applied in the field of multimedia vizualisation, similarities recognition or conception of new models by using atabase of existing models. In Stratoconception, we identify three types of decomposition, each of one responding to specific problem : decomposition in strata, pieces of strata and entities. Each of these decomposition solves accessibility, reduction of model's size and speed up of manufacturing time problems. We work more specifically on the optimization of slicing procedure by using critical points ans on the manufacturing of tubular models by using parting line. We also study the decompposition of model into nearly convex entities.

Nos travaux de recherche s'inscrivent dans le contexte du prototypage rapide, plus particulièrement dans celui du procédé de fabrication par couches solides, la Stratoconception, Ce procédé consiste en la décomposition automatique de l'objet en une série de couches élémentaires appelées strates, dans lesquelles des inscris de positionnement sont placés. Chacune de ces strates est directement mise en panoplie, puis fabriquée par micro-fraisage rapide 2,5 axes ou par découpe 5 axes à partir de matériaux en plaques. Tous ces éléments sont ensuite assemblés afin de reconstituer la pièce finale. Si l'usinage est aujourd'hui entièrement automatisé grâce aux logiciels et aux machines dédiés, l'assemblage est une opération qui demande encore une intervention manuelle de l'utilisateur du procédé.<br />Un bilan des méthodes actuelles utilisées pour l'assemblage des strates (collage, brasage, assemblage mécanique...) montre les inconvénients et les limitations de ces techniques de fixation. L'étape d'assemblage est essentielle car elle influe sur la qualité géométrique, sur la tenue mécanique et sur le temps de réalisation de la pièce. Les techniques utilisées aujourd'hui ne garantissent pas toujours la répétabilité du système et peuvent entraîner une rupture de la chaîne numérique du procédé.<br />Notre contribution porte sur une nouvelle méthode d'assemblage, l'emboîtement. Elle permet l'intégration d'entités d'assemblage au sein des couches, elle améliore la fixation de celles-ci et elle réduit le temps de montage et surtout les coûts qu'il engendre. Pour cela, nous avons développé un système de génération automatique des entités dans le processus. Ce système permet de réduire le travail nécessaire pour réaliser l'assemblage des pièces et rend ainsi l'opération d'assemblage systématique, en minimisant les interventions manuelles et les incertitudes dues au choix de l'utilisateur. Les outils et méthodes logicielles permettent d'automatiser cette opération, en définissant les entités d'assemblage, leur forme, leur dimensionnement et surtout leur positionnement au sein des couches. Nous présentons diverses approches de localisation de ces entités au travers d'algorithmes de placement par grilles, par forces de répulsion ou par un algorithme génétique de recherche du k-gon maximum inscrit. Le développement d'un algorithme original de localisation automatique des entités par squelettisation a permis d'optimiser le placement des entités par rapport à la géométrie des couches. Ses résultats sont analysés et comparés à une localisation par grille.<br />Une seconde approche est proposée : l'emboîtement complet. La génération de l'emboîture à partir des contours de l'inter-strate induit la problématique des formes imbricables, c'est-à-dire la création de formes mâles et femelles complémentaires et réalisables par l'outil d'usinage (problème d'accessibilité de l'outil).<br />Enfin, nous concluons le mémoire en mettant en évidence les premiers résultats industriels au travers des outils implémentés dans le logiciel du procédé et des pièces réalisées par cette nouvelle méthode.

La Stratoconception est un procédé breveté de prototypage rapide permettant de fabriquer directement par couches une pièce créée par CAO, sans rupture de la chaîne conception / fabrication. Le procédé de Stratoconception est développé au CIRTES depuis 1990 et a fait l'objet de nombreuses communications ainsi que de dépôts de brevets et de marques.<br />La Stratoconception consiste à décomposer (trancher) une pièce, en un ensemble de couches élémentaires simples, appelées strates, dans lesquelles sont introduits des renforts et inscris. Les pièces élémentaires sont identifiées puis fabriquées directement par micro-fraisage rapide 2.5 axes, à partir de matériaux en plaques. Ces pièces élémentaires sont ensuite assemblées pour reconstituer le produit final. L'assemblage est pris en compte dès la décomposition.<br />Ce travail est une continuation des travaux de thèse CIFRE n°642/99 de Geoffroy LAUVAUX effectués au sein de l'IFTS de Reims et soutenus en 2005.<br />La notion de décomposition de modèle numérique en entités a connu, et connaît encore, de nombreux développements et travaux. A l'origine, les entités de décomposition correspondaient à des entités élémentaires d'usinage (plan, cylindre, balayage...). Aujourd'hui, les travaux portant sur la décomposition de modèles sont principalement appliqués dans les domaines de l'imagerie multimédia, de la reconnaissance de similarités de modèles et de la création de nouveaux modèles à partir de bases de données de modèles existants.<br />Lorsque l'on cherche à appliquer la notion de décomposition à la Stratoconception, il apparaît que celle-ci n'est pas unique et qu'il est possible de définir trois types de décompositions adaptées à des problématiques bien distinctes : la décomposition en strates, en morceaux et en entités. Chacune de ces décompositions résout des problèmes d'accessibilté, de réduction de dimensions de modèles et d'optimisation de vitesse de réalisation.<br />Nous avons plus particulièrement travaillé sur l'optimisation de la phase de tranchage par l'utilisation de points caractéristiques (dits critiques) et sur l'utilisation de la ligne de reflet pour la décomposition et la réalisation de formes tubulaires. Nous avons également étudié un algorithme de décomposition en entités convexes approchées en dimensions 2 et 3.