Lattice Auxetique

PROJET S6 : LATTICES AUXETIQUES 

Pendant ce semestre, nous avons étudié les solutions de lattices auxétiques déjà existantes pour pouvoir établir des règles de conception de ces lattices. Commençons d'abord par quelques définitions :

Lattices : une structure lattice est un matériau développés pour créer des déformations peu communes (dans des directions différentes à ce dont on a l'habitude) et génèrent donc de nouvelles caractéristiques ne pouvant pas être atteintes par le matériau seul.Généralement, dans des lattices on a motif géométrique élémentaire qui se répète de manière périodique dans l'espace. Ces structures ont une porosité ouverte (rapport du volume des pores au volume total de la pièce) importante supérieure à 90%.

Auxétique : on dit d’un matériau qu’il est auxétique lorsqu’il possède un coefficient de poisson négatif. La théorie autorise tout de même un coeff compris entre -1 et 0.5. Le matériau s’étant dans une direction lorsqu’il est soumis à une pression dans une autre direction. La pièce étirée devient plus grosse lorsqu’on l’étire au lieu de devenir plus mince comme les matériaux traditionnels. On utilise ce type de matériaux pour l'absorption d’énergie mécanique (chocs répétés), pour l'absorption de vibrations mécaniques ou encore pour l'isolation thermique. 

On peut également assimiler les lattices auxétiques à l'expression anglaise metamaterials mechanism. Ce sont des mécanismes dont les caractéristiques sont définies par les formes répétées dans la mécanism et non pas par le matériau utilisé.  

I. Analyse fonctionnelle 

1. Bête à corne 

2. Diagramme Pieuvre

Tableau des fonctions 

    II. Début des prototypes

1. Découpe laser 

2. Impression 3D

Ce projet se révèle être un gros travail de recherche puisque l'idée est que nous partons de ce qui existe déjà en terme de structure. On peut trouver des structures lattices en 2d mais également en 3D et c'est sur ces dernières que nos recherches vont se concentrer. Avec ces considérations, nous avons choisi de d'abord sélectionner la structure à tester pour l'imprimer en 3D et éventuellement passer à un autre mode de fabrication à l'aide des machines mises à notre disposition. 

Plusieurs essais ont été réalisés avec la structure suivante : 

Ce prototype a été réalisé en TPU (polyuréthante thermoplastique) qui combine résistance et flexibilité. Cette matière n'est pas facilement usinable avec l'Ultimaker 3. De plus, nous avons remarqué qu'il y avait de la sous-extrusion du TPU puisque le filament était rongé à l'entrée de l'alimentation ce qui a une répercussion sur la qualité de la pièce. En réalisant une compression selon y, on remarque qu'on a étirement selon x et z. Lorsqu'on compresse selon x, on a compression selon z et inversement puis étirement selon y.

Nous avons tenté de fabriquer une seconde pièce en polyuréthane thermoplastique avec l'imprimante 3D.

3. Impression résine avec la machine Formlabs

Après avoir essayé de réaliser la pièce précédente avec l'Ultimaker, nous avons changé le processus de mise en forme. La machine Formlabs 3 a été une des solutions pour que nous puissons imprimer nos pièces avec de la résine. 

Lattice Echelle 1 : 

echelle 0.75 :

echelle 0.5 :

echelle 0.25:

echelle 1.25 :

Lattice cube 3*4 : 

Comparaison des lattices les unes à côté des autres (largeur et épaisseur) : 

Lattice Cellule 2*7 :

Lattice flèche

Nous avons essayé de nous tourner vers une lattice avec des formes répétitives de parallélogramme que nous avions trouvé lors de nos recherches. La structure semble très résistante. Néanmoins, on se rend compte que très peu de déformations sont possibles avec ce genre de structure. Nous pensons que peut-être la structure est trop rigide (épaisseur importante ou forme qui ne permet pas beaucoup de déformation) pour permettre une déformation horizontale importante.