Description du projet
De nouveaux modèles améliorent la conception des composites imprimés robustes
La fabrication additive et les processus automatisés de placement des fibres ont donné naissance à une nouvelle catégorie de matériaux renforcés par des fibres: les composites comportant des fibres à angle variable (variable angle tow, VAT). Le placement des VAT permet de modifier l’orientation des fibres en fonction de leur position sur l’ensemble du plan de la strate, ce qui se traduit par des propriétés de rigidité variables. Cela permet de créer des conceptions composites sur mesure en termes de rigidité et de résistance au flambage. Cependant, la préservation de l’intégrité des fibres nécessite une bonne combinaison de température, de vitesse, de rayons de courbure et de pression pendant le processus d’impression. Pour y parvenir, le projet PRE-ECO, financé par l’UE, développera de nouveaux modèles pour décrire les composites VAT à partir d’une matrice de fibres à l’échelle du composant, ainsi que de nouveaux modèles d’apprentissage machine pour l’identification des défauts. Les nouvelles méthodes du projet PRE-ECO contribueront de manière significative à réduire les défaillances structurelles des composites pendant le processus d’impression.
Objectif
Additive manufacturing and Automated Fibre Placement (AFP) processes brought to the emergence of a new class of fibre-reinforced materials; namely, the Variable Angle Tow (VAT) composites. AFP machines allow the fibres to be relaxed along curvilinear paths within the lamina, thus implying a point-wise variation of the material properties. In theory, the designer can conceive VAT structures with unexplored capabilities and tailor materials with optimized stiffness-to-weight ratios. In practise, steering brittle fibres, generally made of glass or carbon, is not trivial. Printing must be performed at the right combination of temperature, velocity, curvature radii and pressure to preserve the integrity of fibres. The lack of information on how the effect of these parameters propagates through the scales, from fibres to the final structure, represents the missing piece in the puzzle of VAT composites, which today are either costly or difficult to design because affected by unpredictable failure mechanisms and unwanted defects (gaps, overlaps, and fibre kinking).
This proposal is for an exploratory study into a radical new approach to the problem of design, manufacturing and analysis of tow-steered printed composite materials. The program will act as a pre-echo, a precursor, to: 1) implement global/local models for the simulation and analysis of VATs with unprecedented accuracy from fibre-matrix to component scales; 2) develop a (hybrid) metamodeling platform based on machine learning for defect sensitivity and optimization; and 3) set new rules and best-practices to design for manufacturing. A 5-year, highly inter-disciplinary programme is planned, encompassing structural mechanics, numerical calculus, 3D printing and AFP, measurements and testing of advanced composites, data science and artificial intelligence, and constrained optimization problems to finally fill the gap between the design and the digital manufacturing chain of advanced printed materials.
Champ scientifique
- natural sciencescomputer and information sciencesdata science
- engineering and technologymaterials engineeringcomposites
- engineering and technologymechanical engineeringmanufacturing engineeringadditive manufacturing
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencemachine learning
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
10129 Torino
Italie