Fabrication par FED de micro- structures tridimensionnelles à base d’encre viscoélastique.

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Fabrication par FED de micro- structures tridimensionnelles à

base d’encre viscoélastique.

Présentation finale, MTH6301 Nicolas Lourdel

1337624

nicolas.lourdel@polymtl.ca

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Présentation du sujet

L’Ecriture Directe :

‣ Méthode permettant la fabrication libre de

structures mono-, bi- ou tri-dimensionnelles par création contrôlée de matière.

L’Ecriture Directe par “extrusion” (FED) :

‣ Méthode précédente utilisant un robot de

déposition, comme ceux utilisés en aéronautique,

et un pistolet permettant l’extrusion de matière.

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Cas d’étude

Fabrication par FED d’une micro-structure tridimensionnelle à base d’encre viscoélastique.

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Problématique et schématisation

La fabrication par FED est une méthode de fabrication complexe avec de nombreux facteurs d’entrée incluant même un facteur bruit (6 au total sans le facteur bruit).

Fabrication par FED d’une micro-structure tridimensionnelle

à base d’encre viscoélastique

Type d’encre Température de

l’encre

Hauteur de déposition Angle de déposition Vitesse de déposition

Pression de déposition

Diamètre moyen des canaux

Hauteur moyenne de la structure

Nombre de défauts dans la structure

Gaz dans l’aiguille

Le facteur bruit n’est pas

contrôlable et difficilement

mesurable avec les moyens du

laboratoire. Il faudra donc

randomiser les essais...

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Réponses et Objectifs à atteindre

Fabrication par FED d’une micro-structure tridimensionnelle

à base d’encre viscoélastique

Type d’encre Température de

l’encre

Hauteur de déposition Angle de déposition Vitesse de déposition

Pression de déposition

Diamètre moyen des canaux

Hauteur moyenne de la structure

Nombre de défauts dans la structure

Gaz dans l’aiguille

✴ Les réponses sont :

1. Le diamètre moyen des différents canaux.

2. La hauteur moyenne de la structure.

3. Le nombre de défauts dans la structure tri-dimensionnelle.

✴ Ainsi que de connaître les effets d’interactions de facteurs d’entrée.

} À normaliser

À minimiser

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Dans le cas où les facteurs d’entrée ne sont pas adaptés, les réponses ne sont pas optimales...

Ici, la pression est trop élevée et la hauteur de déposition est trop faible...

Exemples

Micro-structure à 2 étages à

base d’encre viscoélastique.

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Facteurs Intervalles de modalité

Type d’encre* 60 80

Température de l’encre 0 degré C. 20 degrés C.

Hauteur de déposition 100 micromètres 2 millimètres

Angle de déposition 0° 45°

Vitesse de Déposition 1 mm/s 25 mm/s

Pression de Déposition 1 bar 2.5 bar

* : L’intervalle de modalité pour le facteur “type d’encre” correspond au pourcentage de la présence de micro-crystalline wax dans la composition totale de l’encre visco-élastique. Exemple : 60, 60% de l’encre visco-élastique est faite de micro-crystalline wax.

Espaces de variation des facteurs contrôlables

Précisions qu’il existe au moins 5 modalités pour chacun des facteurs présentés ici.

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Conception du plan expérimental

✴ Première étape, Le TAMISAGE :

✓ Identifier et quantifier (qualitatif et quantitatif) les facteurs critiques.

✓ Modèle du premier ordre de type :

✴ Ici, nous avons 6 facteurs en entrée :

➡ 16 essais au minimum pour un niveau de résolution = IV ...

✓ Effets principaux non confondus avec des interactions.

✓ 16 essais : taille intéressante !

➡ Ajout de 4 essais au centre (Effets de courbure ? Lack of Fit ? Modèle avec termes quadratiques meilleur ?).

➡ Au total, 20 essais pour la première étape.

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Au final, nous avons le premier plan expérimental suivant :

➡ Plan fractionnaire de 2^(6-2) + 4 = 20 essais avec 2 modalités pour chaque facteur.

➡ Les données sont codées en -1 et +1.

➡ Randomisation des essais pour supprimer l’effet du facteur bruit.

Conception du plan expérimental

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✴ Certaines interactions doubles sont confondues....

Conception du plan expérimental

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• Analyse du modèle et Identification des facteurs importants :

‣ Tableau des effets,

‣ Tableau ANOVA,

‣ Diagramme de Pareto,

‣ Effets sur échelle demi gaussienne.

• Analyse des résidus.

• Test de courbure (Région optimale ou pas ?).

• Possibilité de faire un plan d’analyse confirmatoire avec les facteurs significatifs précédents de type 2^(2,3,4,5...).

Conception du plan expérimental

Au final, on ne garde que les facteurs significatifs et on connaît mieux la région des optimums.

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✴ Deuxième étape, la Caractérisation et l’Optimisation.

✓ Modèle quantitatif... On explore les effets de chaque facteur.

✓ Modèle quadratique de type :

✴ Maintenant, nous avons {6 ou moins} de facteurs en entrée :

➡ Moins de 6 facteurs : Plan Central Composite.

➡ 6 facteurs : Plan Box-Behnken.

Conception du plan expérimental

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Au final, nous avons le deuxième plan expérimental suivant :

✴ Dans le cas où le plan Central Composite est sélectionné :

➡ Nous avons au maximum 44 essais.

➡ Nous avons 5 modalités pour chaque facteur.

➡ Nous avons des données codées et randomisées.

✴ Dans le cas où le plan Box-Behnken est sélectionné :

➡ Nous avons au maximum 46 essais.

➡ Nous avons 3 modalités pour chaque facteur.

➡ Nous avons des données codées et randomisées.

Conception du plan expérimental

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Conception du plan expérimental

• Analyse du modèle et Identification des facteurs importants :

‣ Tableau des effets,

‣ Tableau ANOVA,

‣ Diagramme de Pareto,

‣ Effets sur échelle demi gaussienne.

• Analyse des résidus.

• Surfaces de désirabilité.

• Équation de prédiction de type :

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