Controllable shape synthesis for digital fabrication

Synthèse de formes contrôlable pour la fabrication digitale

Jérémie Dumas (1, 2)

1 LORIA - Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications
2 ALICE - Geometry and Lighting

The main goal of this thesis is to propose methods to synthesize shapes in a controllable manner, with the purpose of being fabricated. As 3D printers grow more accessible than ever, modeling software must now take into account fabrication constraints posed by additive manufacturing technologies. Consequently, efficient algorithms need to be devised to model the complex shapes that can be created through 3D printing. We develop algorithms for by-example shape synthesis that consider the physical behavior of the structure to fabricate. All the contributions of this thesis focus on the problem of generating complex shapes that follow geometric constraints and structural objectives. In a first time, we focus on dealing with fabrication constraints, and propose a method for synthesizing efficient support structures that are well-suited for filament printers. In a second time, we take into account appearance control, and develop new by-example synthesis methods that mixes in a meaningful manner criteria on the appearance of the synthesized shapes, and constraints on their mechanical behavior. Finally, we present a highly scalable method to control the elastic properties of printed structures. We draw inspiration from procedural texture synthesis methods, and propose an efficient algorithm to synthesize printable microstructures with controlled elastic properties

L’objet principal de cette thèse est de proposer des méthodes pour la synthèse de formes qui soient contrôlables et permettent d’imprimer les résultats obtenus. Les imprimantes 3D étant désormais plus faciles d’accès que jamais, les logiciels de modélisation doivent maintenant prendre en compte les contraintes de fabrication imposées par les technologies de fabrication additives. En conséquence, des algorithmes efficaces doivent être développés afin de modéliser les formes complexes qui peuvent être créées par impression 3D. Nous développons des algorithmes pour la synthèse de formes par l’exemple qui prennent en compte le comportement mécanique des structures devant être fabriquées. Toutes les contributions de cette thèse s’intéressent au problème de génération de formes complexes sous contraintes géométriques et objectifs structurels. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la gestion des contraintes de fabrication, et proposons une méthode pour synthétiser des structures de support efficaces qui sont bien adaptées aux imprimantes à filament. Dans un deuxième temps, nous prenons en compte le contrôle de l’apparence, et développons de nouvelles méthodes pour la synthèse par l’exemple qui mélangent astucieusement des critères sur visuels, et des contraintes sur le comportement mécanique des objets. Pour finir, nous présentons une méthode passant bien à l’échelle, afin de contrôler les propriétés élastiques des structures imprimées. Nous nous inspirons des méthodes de synthèse de texture procédurales, et proposons un algorithme efficace pour synthétiser des microstructures imprimables et contrôler leurs propriétés élastiques

Mots clés: Fabrication Constraints; 3D Printing; Shape Synthesis; Modeling; By-Example Synthesis; Procedural Texturing; Topology Optimization

Mots clés: Optimisation topologique; Texturation procédural; Modélisation; Synthèse par l’exemple; Synthèse de formes; Contraintes de fabrication; Impression 3D

Domaines: Modélisation et simulation; Ingénierie assistée par ordinateur

Jérémie Dumas. Controllable shape synthesis for digital fabrication. Modeling and Simulation. Université de Lorraine, 2017. English. ⟨NNT : 2017LORR0008⟩. ⟨tel-01547313⟩