Reproduction de : Thèse doctorat : Génie mécanique : Metz : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de l'ingénieur. Mécanique : Metz : 1998. / 1998METZ024S.

Les revêtements diamant CVD (Chemical Vapour Deposition), sont très prometteurs pour l’usinage des matériaux modernes dit difficile à usiner et quelques applications sont déjà opérationnelles, comme l'usinage du graphite. Les propriétés thermomécaniques du diamant l'imposent comme la solution pour l'usinage des matériaux non-ferreux. Toutefois, la maîtrise de la technologie des outils revêtus est difficile. En tant que système substrat-couche fine, l'outil devient un composite, apportant son lot de difficultés. Le chargement thermomécanique sur le revêtement est difficile à déterminer et les développements sur les revêtements nécessitent des données expérimentales qui sont longues et coûteuses à obtenir. En particulier, l'adhésion de la couche sur l'outil est un point crucial qu'il est difficile de quantifier aujourd'hui.Dans ce travail, nous montrons l'intérêt et le gain réalisé par l'emploi d'un tel revêtement en comparaison avec d'autres revêtements. Puis, l'état de contrainte du système carbure-diamant est étudié en détail au moyen de modélisations ainsi qu'à travers des mesures expérimentales. L'influence des différentes configurations de la géométrie et du procédé de dépôt de la couche sur les contraintes résiduelles thermiques est étudiée. Ces fortes contraintes résiduelles ont un impact direct sur l'adhésion, impact discuté et mesuré expérimentalement dans la seconde partie de notre travail. Afin d'étudier ces phénomènes, un montage a été conçu et réalisé. Les résultats obtenus sont détaillés et discutés. Le taux de restitution d'énergie critique de l'interface sera calculé et proposé en tant que critère d’adhésion dans la fin de ce travail / Coatings, and particularly Chemical Vapor Deposited (CVD) diamond coatings, are promising regarding hard to machine materials and some applications are already ready industrially. The excellent thermo-mechanical properties of diamond impose this solution to the machining of non-ferrous materials. However, the coated tools are difficult to understand. As a substrate-coating system, the tool is itself a composite material, bringing some difficulties. Edge preparation technologies are various: it is difficult to identify the optimal process. It has also to be noticed that the tool-piece interaction in machining operations is not completely understood yet, and that an intense research work is done to understand these phenomena. The thermo-mechanical loading on the coating is difficult to determine, and the developments on the coatings needs experimental data which are cost and time consuming.In this work, we will show the interest and improvement brought by such a coating in comparison to other coatings used in machining. Then, the stress state of the system carbide – coating is study by the mean of numerical and analytical models, as well as by the mean of experimental measurements.The influences of the different configurations of the geometry and of the deposition process on the residual stresses into the layer are studied. These high stresses have a direct impact on the adhesion of the layer, which will be discussed and measured experimentally into the second part of our work. To study the adhesion phenomena deeply, an experimental device has been designed. The obtained results are detailed and discussed. With these data, the Energy release rate of the interface is calculated and proposed as an adhesion criterion at the end of this work

Dans le domaine de l’usinage de pièces métalliques, l’usure des outils de coupe est un phénomène inévitable.Cette usure, bien qu’elle ne soit pas le seul facteur, se répercute dans la qualité des pièces fabriquées. Il est alors nécessaire de compenser cette usure en altérant la trajectoire des outils de coupe dans une machine à commande numérique. Nous évaluons différentes techniques d’apprentissage automatique afin d’estimer et de prévoir les dimensions des futures pièces usinées (et donc indirectement la compensation à apporter). Nous établissons une relation mathématique qui lie une variable de sortie, soit l’ensemble des mesures de la pièce produite, à un vecteur de variables d’entrées (historique des outils et des mesures). Nous proposons une démarche systématique pour évaluer la performance de différents modèles en contexte d’ajustement,d’interpolation et d’extrapolation. Les forêts aléatoires d’arbres décisionnels ont donné les meilleurs résultats. / Tool wear is an inevitable phenomenon in CNC manufacturing. This has a negative effect on the quality of the manufactured parts. Therefore, it is necessary to compensate the tool wear by altering the tool path in the CNC machines. We evaluate different machine learning techniques to estimate and predict the measurement / qualityof future workpieces. We establish the mathematical relation that links the output variable, corresponding to the workpiece measurements, to a vector of inputs variables (history of tools and measurements). We propose a systematic approach to evaluate the performance of different models regarding fitting, interpolation and extrapolation. Best results are obtained with random forests of decision trees.

Les pièces de formes complexes des domaines aéronautique et automobile sont fabriquées par usinage 5 axes UGV pour accroître leur qualité ou la productivité. Cependant, la gestion combinée du multi-axe et des vitesses élevées posent divers problèmes au couple MO-CN lors de l'exécution des trajectoires.<br />Ces travaux portent sur l'optimisation de l'usinage 5 axes UGV au travers de l'étude des trajectoires et de leur suivi. Après avoir analysé le processus de réalisation des trajectoires et identifié les limites associées, un modèle d'évaluation des performances cinématiques lors du suivi est développé ; il permet de détecter les portions critiques des trajets ainsi que les éléments limitants. Une structure d'optimisation, basée sur un modèle de description surfacique des trajets est ensuite présentée. L'optimisation de l'orientation de l'axe de l'outil, tenant compte des contraintes précédentes y est plus spécifiquement étudiée pour évaluer la faisabilité d'une telle démarche.

Thèse doctorat : Optique et Laser : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 5 p.

Le mandat initial de ce projet de maîtrise visait l'élaboration de procédures de microusinage de fibres optiques à l'aide d'un laser C0₂ puisé. L'efficacité d'usinage d'une fibre optique a d'abord été mise en évidence via l'étude théorique des phénomènes engendrés par l'absorption du rayonnement infrarouge. Suite à une caractérisation spatiale et temporelle du système laser, des méthodes sans contact de dégainage, de clivage et de polissage ont été mises sur pied en exploitant les propriétés uniques du rayonnement à 10,6/xm. Des fibres optiques de silice, de ZBLAN et de verre de chalcogénure ont toutes trois été soumises à ces procédures de micro-usinage. En définitive, l'étude de l'interaction entre un laser CO₂ et des réseaux de Bragg a permis de mettre en lumière quelques applications intéressantes.

La technique d’usinage par impulsions laser femtosecondes possède de nombreux avantages du fait des spécificités physique de l’interaction laser/matière en mode ultra-bref et est donc susceptible d’intéresser le monde industriel. Néanmoins elle présente aussi certaines limitations, principalement en terme de flexibilité et de productivité, limitant l’accès à ce marché. Pour repousser ces limites, nous proposons d’adjoindre des techniques de contrôle du faisceau, à la fois en taille, et plus généralement en forme, exploités par ailleurs dans d’autres domaines scientifiques (pincettes optiques notamment). Ces techniques reposent sur l’utilisation de modulateurs spatiaux de lumière (SLM). Deux solutions sont proposées : la modulation d’amplitude en configuration d’imagerie, et la modulation de phase pure en configuration de Fourier. Le formalisme, les différentes problématiques et la mise en oeuvre de ces deux techniques au sein d’une station de travail prototype que nous avons développée sont présentés. Enfin, nous mettons en évidence le gain apporté par ces techniques sur des problématiques concrètes, tels que l’usinage de réseaux résonant à l’échelle nanométrique, la réduction du temps d’usinage de ces réseaux (ou d’autres motifs), et l’amélioration de la qualité d’usinage de rainures / Femtosecond laser machining processes present many interesting properties owing to the specificities of the light/matter interaction in ultrafast regime. Thus the process may be of prime interest in industrial applications. However some aspects are not compatible with industrialization: namely a lack of flexibility and productivity. To overcome this limitations we propose to add beam shaping techniques in the process that allow control of the beam both in size and shape. These techniques are based on Spatial Light Modulators (SLM). Two different solutions are proposed: amplitude modulation in a geometrical conjugation scheme, and pure phase modulation in a Fourier scheme. Both are integrated in a prototype workstation. We justify the different choices made during the development by the analysis of the formalisms and specific problematics. Finally, enhancements of the femtosecond laser machining process are practically demonstrated in three different fields: reducing the resolution to nanometric scale, reducing the processing time of different texturations and enhancing the quality of simple grooves by modifying only the beam shape

Les travaux de recherche exposés dans cette thèse sont consacrés à la mise au point d'une chaîne opérationnelle de copiage direct d'objet de formes complexes permettant, à partir de la numérisation 3D de l'objet par un capteur laser plan, d'obtenir une copie par usinage à 5 axes. Dans l'optique de réalisation d'une copie conforme du point de vue qualité géométrique visuelle nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'étape de préparation du nuage de points en vue de l'usinage en 5 axes positionné. Nous proposons une nouvelle approche de découpage automatique du nuage de points en paquets basée sur la minimisation de la longueur des lignes de recouvrements entre paquets. Le découpage proposé s'appuie sur le Nous démontrons au travers d'applications diverses la faisabilité de la démarche développée ainsi que sa pertinence pour des applications de prototypage rapide.

Les procédés de fabrication par enlèvement de copeaux sont incontournables pour obtenir des pièces complexes dans des tolérances serrées et de petites ou moyennes séries sans lourds investissements en outillages spécifiques. La productivité de l’usinage traditionnel reste relativement faible par rapport à d’autres procédés de fabrication. Le développement de techniques d’usinage à grande vitesse a permis d’améliorer cette productivité, mais les opérations à grande vitesse sont sensibles à des phénomènes d’instabilité vibratoires. Cette thèse de doctorat a pour but d’étudier, de développer et de valider des techniques de simulation numérique de l’usinage permettant de rechercher les conditions de coupe stables vis-à-vis des vibrations autoexcitées. Sa première partie synthétise l’étude bibliographique des méthodes de simulation de l’usinage. Elle met en évidence plusieurs familles de méthodes permettant de prédire la stabilité de l’usinage. Les méthodes de linéarisation qui permettent d’obtenir des diagrammes de stabilité de l’opération sont étudiées en détail pour servir de base de comparaison aux autres développements. La deuxième partie présente le développement d’un logiciel permettant d’effectuer la simulation dynamique de plusieurs types d’opérations de fraisage (fraisage en bout et en roulant). Ce logiciel permet d’obtenir l’évolution temporelle des efforts de coupe, des vibrations au cours de l’usinage et reconstitue l’état de surface de la pièce. Il permet également d’obtenir des diagrammes de stabilité basés sur des critères technologiques (effort de coupe maximum ou rugosité après usinage par exemple). Le développement de ce logiciel a nécessité la création d’algorithmes originaux permettant d’obtenir les paramètres d’entrée modélisant les efforts de coupe à partir de mesures expérimentales. La dernière partie compare les résultats obtenus par notre logiciel à deux sources de validations : des résultats issus de références bibliographiques et des essais expérimentaux menés dans le cadre de cette thèse. La validité de notre simulateur a pu être prouvée pour les cas de figures envisagés.