Conception pour la fabrication de micro-treillis polymères pour des structures de micro-aérostats

Résumé

L’allègement de structure est un enjeu récurrent en ingénierie. La volonté de réduire la consommation énergétique, accroître les capacités d’emport ou améliorer les performances sont autant de raisons de désirer des conceptions toujours plus optimisées. Les micro-treillis, par leur extrême finesse, amènent cette quête aux plus petites échelles de la fabrication additive. Avec ce sujet, l’idée est de connecter la conception avec les performances des structures en micro-treillis polymères en prenant comme support de travail les petits aérostats. Outre les nouvelles opportunités offertes par le développement de ce type d’aéronef, les dirigeables ont cette particularité d’être extrêmement sensibles à la masse de ses composants. Aucun compromis n’est autorisé et chaque nouveau gramme est un litre supplémentaire d’hélium à ajouter. Cette exigence fait des aérostats le terrain d’expérimentation idéal pour chercher de nouvelles solutions. En un premier lieu, plusieurs techniques de fabrication additive à base de résines photosensibles ont été étudiés mécaniquement à l’aide de tests de micro-traction quasi-statique sur des structures en micro-treillis. Les essais ont été associés à une mesure des déformations plein champ. Les procédés ont également fait l’objet d’une étude de l’anisotropie de la fabrication pour mieux comprendre leur impact sur les propriétés mécaniques des micro-treillis. Dans un deuxième temps, une méthodologie de priorisation multicritères est présentée. Cet outil permet de comprendre et de visualiser l’impact de chaque exigence d’un cahier des charges complexe sur le choix de la combinaison finale. Elle permet de rationaliser la prise de décision quelles que soient les métriques et les domaines : critères mécaniques, manufacturiers, de forme, etc. Un dirigeable est un objet physique complexe et cette méthode permet d’accélérer le processus de développement. Dans un troisième temps, des structures en micro-treillis ont été caractérisés pour leurs propriétés d’absorption d’énergie d’impact. Pour ce faire, un banc de test a été spécialement conçu et fabriqué pour s’adapter aux conditions de vol d’un petit aéronef léger. Les résultats ont été utilisés pour sélectionner les motifs, matériaux et compacités requises pour respecter les exigences d’emploi de l’aérostat. Enfin, ce travail se termine par la création d’un dirigeable robotique rigide mais pliant adapté à l’exploration d’espaces étroits. Il intègre un exosquelette inspiré de l’origami pour procurer des propriétés uniques aux aérostats. Le processus de conception du robot a été automatisé pour optimiser sa forme en fonction de toutes les contraintes imbriquées de volume, fabrication ou encore de la mécatronique.

Date	7 nov. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	David St-Onge (Directeur(-trice)) & Ilyass Tabiai (Codirecteur(-trice))