Philippe MARIN Alain DI-DONATO

12/10/2015 Technologies additives 1

Philippe MARINAlain DI-DONATO


GI-NOVA

CIM

MOCN

SEISMSimulation numérique, prototypage, Plateau projet collaboratifsGrenoble INP Génie Industriel

Pilotage et contrôle des systèmes de productionGrenoble INP ENSE3

Production mécaniqueIUT GMPUJF Grenoble 1

Instrumentation recalageUFR PHITEM UJF Grenoble 1

Production et simulationESIA – IUTAnnecy

Universitéde

Savoie

Visualisation interaction produit-concepteur-utilisateurExpérimentation des usages collaboratifsG-SCOP (CNRS-UJF-INP)

CARTOGRAPHIE :5 plateformes = 5 thématiques

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Qu’est-ce que ?


MISSIONS de la PLATEFORME GI-NOVA:

Prototypage Impression 3D

Simulation numériqueCFAO-PLM-GPAO-ERP…

Eco Conception

Simulation d’architecture de ligne de production

Moyens expérimentauxpour l’Ingénierie collaborative

Réalité virtuelleProduit numérique interactif

ADIPSIDistribution de logiciels

à distance

Apporter un soutien matériel et technique privilégié aux enseignants dusite Grenoblois.Apporter un soutien à la recherche par la mise à disposition de moyens enrelation avec les laboratoires.Apporter un outil de valorisation auprès des entreprises des compétenceset des moyens des laboratoires et des écoles.

Qu’est-ce que ?


Fabrication additive :Principaux objectifs

Obtenir un modèle matérield’une pièce quelconque conçue en CAO

– dans un délai rapide– à moindre coût– sans outillage spécifique


Domaines d’application

Automobilepièces mécaniques & esthétiques

Bio-médicalprothèses

Électroménager

Mécaniqueprotos, moules, électrodes

Hydraulique

Luxe,flaconnage, bijoux

Composantsélectriques

Pièces plastiquesjouets, lunettes...

Fabrication additive : historique

Technologies additives12/10/2015 6

• 1980 : Le professeur Jean-Claude André de l’ENSIC de Nancy invente le procédé de Stéréolithographie

• 1984 : Charles Hull crée 3D-System et industrialise la Stéréolithographie (SLA)• 1985 : la société DTM Corporation (USA) dépose le brevet du Selective Laser Sintering (SLS)• 1988 : 1ère machine SLA commercialisée par 3D-System : SLA-2502• 1988 : S. Scott Crump fonde aux USA Stratasys et développe le procédé Fused Deposition Molding

(FDM)• 1993 : Développement du dépôt de poudre et impression par liant au MIT (USA)• 1995 : Z Corporation (USA) achète une licence du procédé à poudre• 1996 : Apparait pour la première fois l’utilisation du terme IMPRIMANTE 3D• 1997 : Fondation de ARCAM AB (Suède) et lancement du procédé Electron Beam Melting (EBM)• 1999 : La société Objet Ltd (USA) brevette le procédé PolyJet• 2000 : Développement du Direct Metal Laser Sintering (DMLS) et du Selective Laser Melting (SLM)• 2000 : Le bureau de standardisation américain adoptera l’appellation officielle de SLM• 2002 : Première implantation d’une machine EBM modèle S12 dans l’industrie• 2005 : Diffusion du projet RepRap par Adrian Bowyer professeur de l’université de Bath (G.B.)• 2011 à 2014 : Augmentation des ventes d’imprimantes 3D en augmentation de 150 %/an en

moyenne• 2014 : DMG MORI présente la première machine hybride additive/soustractive


Principe généralModèle CAO Volumique

découpage en « tranches » parallèles

Matérialisation des tranches les unes sur les autres

Succession de contours fermés


Classifications des technologies additives

Principe physique

polymérisation

collage

fusion

découpe+collage

extrusion

Culture

Générationde couche

contours

hachurage

surface

Matériau

Résine polymère

Thermoplastique

Plâtre

Sable

Bois

Métal

Bio / comestible

Matière vivante

Énergie

Laser

UV

thermique

chimique

mécanique

Faisceau d’électrons

Phase brute

Solide en fil

Poudre

Liquide

Solide en plaque

Gel


Liquide polymérisation Laser hachurageRésine

[http://www.grostracteurspassion.com]

Opérations requises :– Description des contours– Quadrillage des surfaces– Post-cuisson des alvéoles résiduelles– Supports pour les fortes contre-

dépouilles

Qualités :– Bonne précision (0,1mm)– Petits détails (0,6mm)– Parois minces possibles– Vieillissement à la lumière

Stéréolithographie


Stéréolithographie

10mm

210mm

Copyright © GAGGIONE


Flashage UV : principes

Liquide polymérisation UV surfaceRésine polymère

Opérations requises :– Préparation des supports (logiciel)– Flashage couche par couche– Extraction des supports– nettoyage

Qualités :– Très bonne finition– Précision (0,2mm)– Détails très fins (0,05mm)– Parois minces (1mm)– Bonne résilience– Durcissement progressif à la lumière– Moins bon côté supports

(Source : envisionTEC)

Résine liquidephotosensible

Résine solidifiée

SupportsVitre

Vidéo projecteur


Flashage UV• Résine photosensible

– Détails très fins– Changement complexe– Se fragilise à la lumière UV– Assez onéreuse Plateau

Résine liquide

Pièces finies

Supports


Flashage UV : Exemples


PolyJet

Liquide polymérisation UV balayageRésine polymère

Opérations requises :– Préparation des supports (logiciel)– Balayage des couches par lignes– Extraction des supports– nettoyage

Qualités :– Très bonne finition– Précision (0,1mm)– Détails très fins (0,05mm)– Parois minces (1mm)– Multi-couleurs/matériaux– dégradé de couleurs / duretés

http://www.stratasys.com


Dépôt de fil en fusion : FDM

Solide en fil fusion thermique hachurageThermoplastiqueOpérations requises :

– Description des contours– Quadrillage des surfaces– Supports pour les fortes contre-

dépouilles– Dilution des supports

Qualités :– Précision (0,2mm)– Détails selon diam.fil (0,3mm)– Bonne résistance– Maîtrise du remplissage– Peu onéreux– Etat de surface rugueux


FDM : supports


FDM : RepRap

RepRap vs uPrint

http://blog.reprap.org


Poudre collage chimique surfacePlâtre

Opérations requises :– Dépôt couches de « plâtre » et liant

coloré « jet d’encre »– Dépoudrage– Imprégnation de colle

Qualités :– Précision (0,1mm)– Détails fins (0,2mm)– Pas de support– Bonne résistance selon épaisseur– Pièces colorées– Etat de surface granuleux– Pas de parois très minces (2 à 3mm)

(Sources Z-Corporation

Impression 3D


Impression 3D


Selective Laser Sintering: SLS

Poudre fusion Laser hachurage

Plastique

Sable

Métal

+ liant si besoin

Opérations requises :– Balayage laser couche par couche– Dépoudrage– Finition

Qualités :– Précision (0,2mm)– Détails (0,1mm)– Parois minces– Surface granuleuse– Matériaux variés (métaux, plastiques, céramiques, sables…)

– Poudre métal : imprégnation bronze possible

(Source Phenix Systems)


SLS

http://www.kinzoku.co.jp

http://directmetallasersintering.blogspot.fr

http://vortexspace.org

(Source CLFA Fraunofer ILT)

http://www.axisproto.com :DMLS acier inox

http://www.axisproto.com/


- Faisceau Laser :- Direct Metal Laser Sintering

(DMLS)- Selective Laser Melting (SLM)

- Faisceau d’Electron :- Electron Beam Melting

(EBM)

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Fusion de poudre métalliquePoudre fusion hachurageMétal

Faisceau d’électrons

Laser


Electron Beam Melting : EBMPoudre fusion hachurageMétal Faisceau d’électrons

Opérations requises :– Idem SLS– Travail sous vide– Supports + évacuation thermique

Qualités :– Matière TA6V– Grande résistance http://www.arcam.com


Construction Laser Additive Directe : CLAD


Construction Laser Additive Directe : CLAD

Source : https://www.3dnatives.com/beam-open-innovation-impression-3d-17062015/

Source : http://www.irepa-laser.com/


Stratoconceptiondécoupe+collageSolide en plaque mécanique contours

Plastique

Bois

Métal

Opérations requises :– Préparation strates et inserts– Usinage des tranches– Assemblage manuel– Finition

Qualités :– Machine « standard »– Précision (0,05 à 0,2mm)– Détails limités par diam. fraise– Matériaux « à volonté »– Grandes dimensions possibles– Technologie française– Faible coût

(Sources Cirtes)

Stratoconception: recto-verso

12/10/201528 Technologies de Prototypage Rapide

Épaisseurde maintien

12/10/2015 Technologies additives 2912/10/201529 Technologies de Prototypage Rapide

Stratoconception : processus


Stratoconception : exemples

(Source Cirtes)


Additif + soustractif

Source : DMG MORI


Outillage Rapide…

• ORI : coulée sous vide– Pièce PR moule silicone

• ORI : fonderie à modèle perdu– Pièce PR cire/ABS/… carapace

• ORD ou ORI : moulage sable– Moule + noyaux sable direct (SLS)– Plaque modèle bois (Stratoconception)


Autres technologies… autres applications

• LOM (feuilles « papier », découpe laser)

• CandyFab (http://wiki.candyfab.org)

• Bio-impressionhttp://etsinnovation.wordpress.com/2012/03/05/3d-bio-printing-imprimer-

des-muscles-et-des-organes/

Micro-pignon

1,2 mm

Stent

http://www.youtube.com/watch?v=vAi3fUlMdHk&feature=endscreen&NR=1

http://www.organovo.com/science-technology/bioprinted-human-tissue

http://www.wakehealth.edu/WFIRM/

http://www.youtube.com/watch?v=vAi3fUlMdHk&feature=endscreen&NR=1


Pièces complexes

3A : http://www.rm4metal.com/


Pièces complexes


Pièces complexes

http://www.3ders.org/articles/20140915-futurist-christopher-barnatt-report-london-2014-3d-printshow.html


Bio-printing

[1] Auteur inconnu. Disponible sur http://blog.econocom.com/wp-content/uploads/2013/10/bio-printing3-500x261.jpg (consulté le 05/10/2014) [2]Organovo compagny. Disponible sur http://www.organovo.com/company/about-organovo (consulté le 05/10/2014) [3] H, Jalinières. Disponible sur http://www.sciencesetavenir.fr/galeries-photos/sante/20140708.OBS3058/la-bio-impression-3d.html (consulté le 05/10/2014) [4] D.Sergent. Disponible sur http://www.la-croix.com/Actualite/France/Comment-fabriquer-de-la-peau-avec-une-imprimante-3D-2014-07-06-1175172 (consulté le 05/10/2014)

Objectifs moyen terme :Muscles cardiaquesPoumonsVaisseaux sanguinsRein

http://www.homemedia.fr/guides/220-dossier-l-impression-3d-expliqu-1.html


Applications médicales

Implants osseuxProthèse dentairehttp://www.delcam.com/

http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:436633/FULLTEXT01.pdf

http://www.stratasys.com/

Hearing aids

Orthopédie http://3dprintingindustry.com/

http://www.delcam.com/news/press_article.asp?releaseId=1796%23.VC3CoCmSy9N


Micro Fabrication additive

Micro StéréoLithographie de pièces céramiques complexes ( par Serge MONNERET)Mohammad Vaezi & Hermann Seitz & Shoufeng Yang . A review on 3D micro-additive manufacturing technologies. Int J Adv Manuf Technol (2013) 67:1721–1754Eric Nuxoll. BioMEMS in drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews (2013)

µSL à polymérisation vectorielle

µSL par masque dynamique

• Micro SL• Micro SLS• Micro 3DP

Stent


LES MATERIAUX NON METALLIQUES :

- Technologie FDM – Matériaux en filament bobinéABS (neutre, conducteur)Nylon Iglidur (matériau IGUS : faible coeff. de friction et bonne résistance à l’usure)PC et PC-ABSPEEKPET chargé ou nonPLA rigidePLA flexible (NinjaFlex, FilaFlex, CrystalFlex, LayFomm (caoutchouc))PLA fibre de carbone / boisPLA métal (Alu, Cuivre, Conducteur, Bronze, Inox, Laiton, Magnétique… )POMPVAULTEM (9085)… et bien d’autres…

Des matériaux variés !!

http://industries-creatives.com/personnalisation/impression-3d-et-materiaux-durables/

http://www.cadvision.fr/materiaux-imprimante-3d/absi/


http://www.priximprimante3d.com/g3dp/

https://mrmondialisation.org/des-etudiants-font-de-limpression-3d-de-graine-et-de-terre/

LES MATERIAUX NON METALLIQUES :- Technologie Photosensible (DLP, Polyjet, Photopolymérisation,

Stéréolithographie)Matériaux en base liquides (bain ou gouttelettes).

Formulations propriétaires, mais souvent des similitudes de matériaux :ABSBio-compatibleCéramique (résine contenant de la poudre céramique)Contact alimentaireFlexiblePolypropylèneRésistant à la température (67°C ou 80°C avec post traitement)Transparent…Mais attention, étant photosensibles ces matériaux ont leurs propriétés mécaniques qui varient dans le temps (fragilité accrue, tenue en fatigue, résistance …).


http://www.stratasys.com/materials/polyjet/compare-polyjet-materials


- Lit de poudre et jet de liant – Base poudre et liant liquide

Poudre composite à base de plâtre + liant base aqueuse

- Frittage Sélectif par Laser (SLS) – Matériaux en poudre

Alumide (mélange polyamide et aluminium)PA11, PA12, PA12 + fibre de verre, PA12 + fibre de carbonePS (polystyrène)PAEK (polyaryletherketone) = PEEK semicristallinSable enrobé

+ matériaux propriétaires



- Stratoconception - Matériaux solides au format « planche »

Attention : dépend de la machine utilisée (fraiseuse CN, découpe laser, jet d’eau, fil chaud)

Bois et dérivésCompositesPlanche usinable en polyuréthane avec ou sans chargePolystyrènePURENITPMMA (pour objets transparents)…En somme tout matériau usinable, découpable … à plat.

LES MATERIAUX METALLIQUES :

- Fusion Sélective par Laser (SLM), Frittage Laser Direct de Métal (DMLS), Fusion par Faisceau d’Electrons (EBM) – CLAD - Matériaux en poudre

Aciers inox (316L, 15-5 PH, 17-4 PH)Acier maraging au nickelAciers d’outillageAlliage d’aluminium (AlSi10Mg)Chrome-Cobalt (CoCrMo)Inconel (625, 718)Titane et ses alliages

… le reste à venir…


• …et si vous avez des questions,• nous restons à votre écoute !

Merci de votre attention…

Philippe MARIN Alain DI-DONATO

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