Fabrication additive – Impression 3D : une nouvelle approche de la conceptionProf. Sylvain HUGON – [email protected] - 5 décembre 2018
Avec l’accord Prof. Joël Cugnoni, Prof. A. Schorderet COMATEC, HEIG-VD
http://www.heig-vd.ch/tinDépartement des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018
FablabUn fablab « fabrication laboratory » ou encore « laboratoire de fabrication » Lieu cadré par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et la FabFoundation enproposant un inventaire minimal, un ensemble de logiciels et solutions libres et open-sources, les Fab Modules, et une charte de gouvernance, la Fab Charter.
Source : wikipédia / Photo : Courtesy of Victor Levy – ULB La cambre
Définitions - Fablab
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Fabrication additive – Impression 3D
Pour être identifié en tant que fablab par laFabFoundation, il faut passer par plusieursétapes et suivre une formation payante à laFab Academy.
L’initiateur des fablabs Neil Gershenfeld les aréunis dans un réseau mondial constitué de« nodes ».
Ils fonctionnent selon des codes très précisdont le fait que le lieu soit ouvert au public.
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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 activitésd’exploration : improvisation / conception innovante / bricolage / prototypage rapide.
- La conception innovante représente l’accompagnement méthodologique des salariésdans leurs activités d’exploration par des animateurs. Ces derniers sont formés enméthodes de créativité et de conception innovante.
Un vrai challenge avec de nombreux risques- Le management du fablab interne repose sur la capacité des responsables àconcilier les caractéristiques flexibles de la structure, à la nécessité de conserver unecertaine stabilité pour l’intégration des connaissances et des projets innovants dans leprocessus d’innovation traditionnel de l’entreprise.
Source : AMADOU LÔ - Université Jean-Moulin Lyon 3, CRM
Définitions - Fablab
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Fabrication additive – Impression 3D
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MakerspaceLieu 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. Leshackers parviennent à s’affranchir du recours à l’autorité hiérarchique pour coordonner leursactivités, 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 dumouvement du logiciel libre. Les mobiles qui président à l’engagement dans le travailcoopératif volontaire sont la passion, la créativité, et la socialisation.
Source : Wikipédia
Définitions - Makerspace
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Fabrication additive – Impression 3D
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Définitions - Additive versus Advanced manufacturing
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Fabrication additive – Impression 3D
Advanced manufacturing = processus hybridesL’advanced manufacturing est l'utilisation de technologies innovantes pour améliorer lesproduits.
C’est la capacité à utiliser la technologie pour rester compétitif et augmenter la valeurajoutée.
Il s’agit de nouveaux processus et les techniques de fabrication avancées comme larobotique, le scanning et l’impression 3D intégrant des procédés numériques. On parleaussi parfois d'hybridation des processus.
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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 !
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Fabrication additive – Impression 3DDéfinitions - Additive versus Advanced manufacturing
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Additive manufacturing :Selon la norme ISO 17296-2 qui s’appuie sur 7 principes physiques d’addition dematière, il est donc possible de classer les nombreux procédés de fabricationadditive suivant 7 grandes familles :
1. La polymérisation d’une résine sous l’action d’un laser2. Projection de gouttes de matériau3. Projection d’un liant sur un substrat de type poudre4. 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 chauffante7. Assemblage de couches à partir de feuilles ou de plaques découpées
Fabrication additive – Impression 3DDéfinitions - Additive versus Advanced manufacturing
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Quand faire appel aux technologies additives
Une nouvelle approche de la conception
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Prototypage rapide• 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 complexes à haute performance• 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
Prototype fonctionnel et visuel
Pièces structurelles devant
soutenir des charges
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Manufacturing chain
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ParametricCAD model =>Triangulatedsurface (STL)
CAD design, eventually FEA
CAM process: perimeters and infill patterns
Manufacturing file (Gcode) specificto machine & material
Additivemanufacturing
Design = CAD Process = «Slicer»/ CAM Prepro
CAD model => STL fileSTL file => Gcode / native NC
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Les matériaux possibles
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Autres critères :Température de serviceResistance au fluageResistance aux chocsTénacitéusinabilitéStabilité UV / humidité
PLA
TPU/ TPE
NylonPETG/ABS/ASA
FRP Glass
Porous polymerStructures,
Foam, lattices
FRP Carbon
AlTiSteel
Densité
Souple
Flexible
Rigide
Fortementrigide
Très rigide /très dur
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Limitation des procédés d’impression (SLS pour l’exemple)
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Src Solidworks.com
Angle limite sans support
Max bridges size
Src Concept Laser
Supports
Ponts maximumsSans supports
Src Solidworks.com
Autres limitations:délamination et déformation dues aux contraintes résiduelles, rugosité de surface, précision dimensionnelle.
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Comment concevoir en additive manufacturing ‘
Une nouvelle approche de la conception
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Design conceptuel
• Ne pas tenir compte de la complexité de la géométrie• Essayer d'intégrer des fonctions et les interfaces• Pensez à la disposition générale (c.-à-d. découper un grand bloc)
Selectionmatériaux et
process
• 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 du matériau
• Évaluez ses limites (surplomb, support, résolution) en fonction du procédé
Design optimisé
• Prendre en compte les propriétés réelles des matériaux et des limites du processus.
• Choisissez l'orientation de la pièce, le pourcentage de remplissage, la stratégie de support, les paramètres de processus.
• Optimisez de la topologie / structure
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Première conclusion
Une nouvelle approche de la conception
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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
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Micro CNC machining centerProjet MiniMaComp2 48167
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De l’optimisation topologique aux structures lattices
Workshop Alliance 2018
Opt
imisa
tion
topo
logi
que
3D(A
baqu
sTos
ca,>
1h)
Bras drone
Projet étudiant «OptimStruct3D», LMAF-EPFL, 2016
Obj
ectif
: Po
ids r
édui
t
Opt
imisa
tion
en
stru
ctur
es la
ttic
es(M
atlsa
b, 1
min
)
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Conclusion
Workshop Alliance 2018
Concept: Optimisation multi-niveau de la forme et du remplissage avec une structure hybride solide-lattice.
Src. Altair Src. Imperial College
Densité ρ(x)
Solid 3D Coque ouverte Lattice
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Conclusion
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