Fabrication additive - Impression 3D : une nouvelle approche de la conception - Prof. Sylvain HUGON- 5 décembre 2018 ...
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Fabrication additive – Impression 3D : une nouvelle approche de la conception Prof. Sylvain HUGON – sylvain.hugon@heig-vd.ch - 5 décembre 2018 Avec l’accord Prof. Joël Cugnoni, Prof. A. Schorderet COMATEC, HEIG-VD
Fabrication additive – Impression 3D Définitions - Fablab Fablab Un fablab « fabrication laboratory » ou encore « laboratoire de fabrication » Lieu cadré par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et la FabFoundation en proposant un inventaire minimal, un ensemble de logiciels et solutions libres et open- sources, les Fab Modules, et une charte de gouvernance, la Fab Charter. Pour être identifié en tant que fablab par la FabFoundation, il faut passer par plusieurs étapes et suivre une formation payante à la Fab Academy. L’initiateur des fablabs Neil Gershenfeld les a réunis dans un réseau mondial constitué de « nodes ». Ils fonctionnent selon des codes très précis dont le fait que le lieu soit ouvert au public. Source : wikipédia / Photo : Courtesy of Victor Levy – ULB La cambre Département des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 2 http://www.heig-vd.ch/tin
Fabrication additive – Impression 3D Définitions - Fablab Un exemple de fablab en entreprise : Renault favorise l’ambidextrie des salariés - En offrant l’opportunité aux salariés des unités d’exploitation de mener des activités d’exploration : improvisation / conception innovante / bricolage / prototypage rapide. - La conception innovante représente l’accompagnement méthodologique des salariés dans leurs activités d’exploration par des animateurs. Ces derniers sont formés en méthodes de créativité et de conception innovante. Un vrai challenge avec de nombreux risques - Le management du fablab interne repose sur la capacité des responsables à concilier les caractéristiques flexibles de la structure, à la nécessité de conserver une certaine stabilité pour l’intégration des connaissances et des projets innovants dans le processus d’innovation traditionnel de l’entreprise. Source : AMADOU LÔ - Université Jean-Moulin Lyon 3, CRM Département des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 3 http://www.heig-vd.ch/tin
Fabrication additive – Impression 3D Définitions - Makerspace Makerspace Lieu de type atelier de fabrication numérique, évolution du hackerspace, ouvert au public et mettant à disposition des machines outils habituellement réservées à des professionnels dans un but de prototypage rapide ou de production à petite échelle. le philosophe finlandais Pekka himanen définit l'éthique hacker Travail : consiste dans le plaisir, dans le jeu, dans l’engagement dans une passion. Les hackers parviennent à s’affranchir du recours à l’autorité hiérarchique pour coordonner leurs activités, en lui substituant comme modalité principale la coopération directe. Financier : Le mobile de l’activité du hacker n’est pas l’argent. Un des fondements même du mouvement du logiciel libre. Les mobiles qui président à l’engagement dans le travail coopératif volontaire sont la passion, la créativité, et la socialisation. Source : Wikipédia Département des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 4 http://www.heig-vd.ch/tin
Fabrication additive – Impression 3D Définitions - Additive versus Advanced manufacturing Advanced manufacturing = processus hybrides L’advanced manufacturing est l'utilisation de technologies innovantes pour améliorer les produits. C’est la capacité à utiliser la technologie pour rester compétitif et augmenter la valeur ajoutée. Il s’agit de nouveaux processus et les techniques de fabrication avancées comme la robotique, le scanning et l’impression 3D intégrant des procédés numériques. On parle aussi parfois d'hybridation des processus. Département des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 5 http://www.heig-vd.ch/tin
Fabrication additive – Impression 3D Définitions - Additive versus Advanced manufacturing Additive manufacturing « Ah… La fameuse imprimante 3 D !» Technologie par simple dépôt de fil pour matériaux polymères PLA, ABS principalement. L’additive manufacturing ou impression 3D aujourd’hui c’est un peu plus complexe ! Département des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 6 http://www.heig-vd.ch/tin
Fabrication additive – Impression 3D Définitions - Additive versus Advanced manufacturing Additive manufacturing : Selon la norme ISO 17296-2 qui s’appuie sur 7 principes physiques d’addition de matière, il est donc possible de classer les nombreux procédés de fabrication additive suivant 7 grandes familles : 1. La polymérisation d’une résine sous l’action d’un laser 2. Projection de gouttes de matériau 3. Projection d’un liant sur un substrat de type poudre 4. Solidification de poudre sous l’action d’une source d’énergie de moyenne à forte puissance (laser ou faisceaux d’électrons) 5. Projection de poudre ou fusion de fil dans un flux d’énergie (laser ou plasma) 6. Fusion de fil au travers d’une buse chauffante 7. Assemblage de couches à partir de feuilles ou de plaques découpées Département des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 7 http://www.heig-vd.ch/tin
Une nouvelle approche de la conception
Quand faire appel aux technologies additives
Prototypage rapide Prototype fonctionnel
et visuel
• fast design – évaluation des cycles d’usage, feedback client
Produits sur mesure à la demande
• Adaptation d’un design générique aux besoins clients et à une
production à la demande
Pièce unitaire ou petite série de production
• Aucun coût d'outillage initial = technologie compétitive pour de petits
volumes et des produits en constante évolution Pièces structurelles
devant
Pièces complexes à haute performance soutenir des charges
• Tellement complexe qu‘elles ne pourraient pas être produit par d'autres
moyens.
• Intégrant autant de fonctions que possible
Pièces multifonctionnelles
• Intégration de capteurs, de composants électroniques et d'autres
fonctions dans la pièce
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Une nouvelle approche de la conception
Manufacturing chain
Parametric Manufacturing file
CAM process:
CAD design, CAD model => (Gcode) specific Additive
perimeters and
eventually FEA Triangulated to machine & manufacturing
infill patterns material
surface (STL)
Design = CAD Process = «Slicer»/ CAM Prepro
CAD model => STL file
STL file => Gcode / native NC
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Une nouvelle approche de la conception
Les matériaux possibles
Très rigide /très dur Steel
Ti
Al
FRP Carbon
Fortement Densité Autres critères :
FRP Glass
rigide Température de service
PLA Resistance au fluage
PETG/ABS/ASA Resistance aux chocs
Nylon Ténacité
Rigide
usinabilité
Porous polymer Stabilité UV / humidité
Structures,
Flexible Foam, lattices
TPU/ TPE
Souple
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Limitation des procédés d’impression (SLS pour l’exemple)
Ponts maximums
Sans supports
Src Solidworks.com
Supports
Max bridges size
Src Solidworks.com
Angle limite sans support
Src Concept Laser
Autres limitations:
délamination et déformation dues aux contraintes résiduelles,
rugosité de surface,
précision dimensionnelle.
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Comment concevoir en additive manufacturing ‘
• Ne pas tenir compte de la complexité de la géométrie
• Essayer d'intégrer des fonctions et les interfaces
Design conceptuel • Pensez à la disposition générale (c.-à-d. découper un grand bloc)
• Choisissez le matériau en fonction des contraintes extérieures, de
la masse et de l'élongation maximale
• Sélectionnez le procédé additif (SLM, FDM, SLA, jet) dans le choix
Selection du matériau
matériaux et • Évaluez ses limites (surplomb, support, résolution) en fonction du
process procédé
• Prendre en compte les propriétés réelles des matériaux et des
limites du processus.
• Choisissez l'orientation de la pièce, le pourcentage de remplissage,
Design optimisé
la stratégie de support, les paramètres de processus.
• Optimisez de la topologie / structure
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Première conclusion
L’additive manufacturing est plus polyvalent que les méthodes de production
conventionnelles… Mais il y a aussi des limites !
Il faut comprendre les limites du procédé et des matériau, et donc il faut choisir un
processus de conception spécifique et adapté à ce que l’on souhaite au final
Src DragonFly SRL, IT, dragonfly.am
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Exemple de réalisation
Micro CNC machining center
Projet MiniMaComp2 48167
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De l’optimisation topologique aux structures lattices
structures lattices
Bras drone
(Matlsab, 1min)
Optimisation en
Objectif : Poids réduit
Optimisation topologique 3D
(Abaqus Tosca,>1h)
Projet étudiant «OptimStruct3D», LMAF-EPFL, 2016
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Conclusion
Concept:
Optimisation multi-niveau de la forme et du remplissage avec une
structure hybride solide-lattice.
Solid 3D Coque ouverte
Lattice
Densité ρ(x)
Src. Altair Src. Imperial College
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Conclusion
Un peu de lecture …
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http://www.heig-vd.ch/tinWorkshop Alliance 2018 Merci de votre attention Département des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 http://www.heig-vd.ch/tin
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