In this paper, we introduce an advanced numerical tool aimed to optimise the infill design of 3D printed parts by reducing printing time. In 3D printing, the term infill refers to the internal structure of a part. To create the infill design, slicing software is used, which generally creates the infill uniformly throughout the part. When such a part is subjected to external loading, all the infill regions will not experience the same amount of stress. Therefore, using uniform infill throughout the part is not the most optimised solution in terms of material usage. We do propose to evolve the infill design with respect to the mechanical stresses generated by the external loads. To achieve this, an advanced numerical tool has been developed, based on refinement techniques, to control the infill design. This tool is coupled with Finite Element Simulation (FE Simulation) software, which helps to identify the zones where the material is required as an infill to reinforce a part, whereas the refinement technique makes it possible to place the material as an infill in such a way that the airtime during the printing of the part is zero. Zero airtime printing is defined as the ability to deposit each layer of a part, without stopping the material extrusion during the displacement of the nozzle. Therefore, the proposed numerical tool guides us to generate the infill design of a part, in such a way that it will consume zero airtime while manufacturing. Simultaneously, it will increase the stiffness of the part. The proposed approach is here applied to a rectangular structure subjected to four-point bending, made up of PLA material (Poly-Lactic Acid).

The objective of this paper is to optimise the internal structure of 3D printed parts produced by Fused Deposition Modelling (FDM) process. In 3D printing, the term infill refers to the internal structure of the part. The infill design is generally uniform throughout the part. In this paper, we propose a methodology based on an iterative process using remeshing techniques coupled to Finite Element simulation (FE simulation) to control the internal structure of the part without changing the contour. The aim of this methodology is to reinforce the part in the area where the mechanical strength must be improved in order to strengthen the structure, but also to minimize the amount of material in order to minimize the printing time. The proposed method is integrated in a computational environment using the ABAQUS (6.14) and the BL2D adaptive mesher. To validate this methodology, it has been applied on a structure subjected to four point bending. The material used for this structure is PLA (Poly lactic acid).

Développement d'un outil numérique pour l’optimisation de la structure interne de pièce imprimée avec le FDM: L'objectif de cette thèse est de développer un outil numérique pour optimiser la structure interne des pièces imprimées en 3D produites par le procédé dépôt de fil fondu (DFF). En impression 3D, le terme remplissage fait référence à la structure interne de la pièce. Pour créer la conception de remplissage, un logiciel de tranchage est utilisé, qui crée généralement le remplissage uniformément dans toute la pièce. Lorsqu'une telle pièce est soumise à une charge externe, toutes les régions de remplissage ne subiront pas la même quantité de contrainte. Par conséquent, l'utilisation d'un remplissage uniforme dans toute la pièce n'est pas la solution la plus optimisée en termes d'utilisation des matériaux. Nous visons à développer un outil numérique pour faire évoluer la conception du remplissage par rapport aux contraintes mécaniques générées par les charges externes. Pour y parvenir, nous proposons deux méthodologies différentes basées sur un processus itératif utilisant des techniques de raffinement et de remaillage couplées à la simulation par éléments finis (simulation EF) pour contrôler la structure interne de la pièce sans modifier le contour. Ces méthodologies visent à renforcer le remplissage de la pièce sans modifier le contour, dans la zone où la résistance mécanique doit être améliorée pour renforcer la structure, mais aussi à diminuer la quantité de matière pour réduire le temps d'impression.