The shrinkage strain, occurring upon UV curing and aging, leads to non-uniform dimensional changes that can compromise the part’s final geometry. This study investigates the deformation of green parts during the stereolithography process. Based on experimental measurements, a finite element model (FEM) is developed to account for different phenomena contributing to the structural distortion of the part, like polymerization shrinkage and the adhesion between the part and the build platform during printing. In addition, the time dependency of the degree of conversion is also considered to integrate the aging of green parts, and elastoplastic material behavior is also considered to include non-reversible deformations. This novel model makes it possible to predict stress generation during the stereolithography process and simulate part warping over time. The resulting simulations provided a numerical validation for part shapes observed experimentally, as well as insights to better understand the deformation mechanisms and optimize the dimensional fidelity of stereolithography-manufactured components.

Pour répondre aux attentes actuelles et futures de l'industrie en matière de fabrication additive de céramique pour des applications de pointe, une meilleure compréhension du processus d’impression de pièces crues par stéréolithographie et des déformations induites sur ces dernières est indispensable. En effet, le gauchissement des pièces imprimées contribue de manière significative à la réduction de leur précision dimensionnelle. Pour atténuer ce problème, ce travail se concentre sur l'étude des causes des déformations, en tenant compte de différentes spécificités de cette technique. Tout au long de cette étude, plusieurs phénomènes ont ainsi été identifiés comme responsables de la génération de déformations permanentes. Tout d’abord, il est démontré que le retrait chimique lié à la polymérisation joue un rôle majeur dans cette génération via la création de contraintes. De plus, la photopolymérisation étant exothermique, l’expansion et la contraction thermiques accentuent ce phénomène lors du chauffage et du refroidissement non uniformes de la pièce.De manière à quantifier les défauts dimensionnels des pièces imprimées en fonction des paramètres de fabrication, il a été nécessaire de proposer deux modèles complémentaires. Un premier modèle de photopolymérisation utilisant la méthode de calcul par différences finies a été développé pour estimer les champs de taux de conversion et de température. Ces résultats ont ensuite été utilisés dans un second modèle basé sur la méthode des éléments finis pour prédire la génération de contraintes résiduelles et le gauchissement des pièces crues. L'adhérence entre le plateau d'impression et la pièce jouant un rôle significatif dans l’ampleur de gauchissement, un contact cohésif entre ces deux surfaces a été introduit dans la modélisation. Dans le but de calibrer le modèle, les caractéristiques mécaniques des pièces crues, leur gauchissement ainsi que leur adhérence au plateau ont été évaluées, en fonction des paramètres de fabrication. Les résultats obtenus présentent de nombreuses similitudes avec les observations expérimentales. Plusieurs autres phénomènes identifiés dans cette étude, comme le vieillissement des pièces, restent toutefois à prendre en compte afin d'améliorer les modèles proposés. Néanmoins, ce travail offre déjà des perspectives vers un meilleur contrôle dimensionnel et l'optimisation des propriétés mécaniques des pièces crues et frittées.