Optimisation et étalonnage d’un Robot Sériel pour l’Impression 3D

Résumé

Ce mémoire présente une approche pour augmenter les capacités de l’impression 3D par photopolymérisation de cuve (VPP) à l’aide d’un bras robot sériel. Le premier volet présente un dispositif d’étalonnage fondé sur une sonde TriCal (trois comparateurs linéaires orthogonaux) fixée sur le bac de résine via un couplage cinématique positionnable en trois orientations répétables. Un outil d’étalonnage monté sur le robot porte trois billes de précision servant de référence pour la mesure. Par un recentrage itératif automatique, le robot aligne successivement chacune des billes sur l’origine de la sonde, pour un ensemble de postures (bras + rail) choisies soigneusement. Le modèle géométrique s’appuie sur la convention MDH modifiée et un terme de compliance articulaire pour tenir compte des effets de la gravité sur le bras robot. Sur environ 3 300 configurations mesurables simulées, 40 sont sélectionnées par analyse d’observabilité (indice ▯1) et algorithme DetMax, puis enchaînées par résolution d’un TSP et planification sans collision. L’identification itérative (moindres carrés linéarisés) porte sur 34 paramètres (bras, rail, pose du bac). Une validation indépendante par laser tracker montre une amélioration de l’exactitude relative dans le repère du bac de 1,272 mm à 0,271 mm sur des poses aléatoires, et à 0,220 mm en moyenne le long d’un chemin d’impression représentatif, comparable a des épaisseurs de couche de l’ordre de quelques dizaines de micromètres. Le second volet traite l’optimisation de l’étape d’impression. La chaîne cinématique est inversée : la bride est fixée au monde et le « TCP » est la zone de polymérisation au fond du bac. Un degré de liberté virtuel de rotation d’écran (SLA) est ajouté, portant le système à 8 DDL. La cinématique inverse est résolue sous contraintes (tolérance de pose, butées, non-collision, continuité) et évaluée par des métriques multi-objectifs : manipulabilité, marge normalisée aux butées, et sensibilité. L’algorithme suit une stratégie déterministe : balayage discret de l’orientation globale de la pièce, échantillonnage initial par séquences de Halton, filtrage de faisabilité sur trajectoire raréfiée, puis raffinement et classement multi-critères. Cette chaîne permet d’éliminer rapidement les orientations non faisables et de retenir des trajectoires d’impression offrant une bonne faisabilité et robustesse des trajectoires d’impression, en tirant partie de la redondance du robot. Les contributions majeures sont : une méthode de calibration adaptée à la VPP robotisée validée expérimentalement ; un cadre d’optimisation multi-objectifs reproductible, compatible avec un modèle calibré ; et des perspectives concrètes (augmentation des capacités de l’impression VPP, résolution de redondance privilégiant le rail, recalibrations périodiques) pour un déploiement industriel.

Date	14 nov. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ilian Bonev (Directeur(-trice))