A3DM magazine n°3 - L`information spécialisée de la Fabrication

Transcription

Fabrication additive / Impression 3D / Prototypage rapide / Développement produit
A 3D M
m a g a z ne
INDUSTRIE
L’usine du futur
et l’Industrie 4.0
DROIT
Réglementation
de la fabrication additive
PROJET R&D
Les ondes térahertz
ÉVÉNEMENT
N°3 Mai-Juin 2016 Gratuit
Assises européennes
de la FA
FABRICATION ADDITIVE
DU DESIGN AU PRODUIT FINI
www.a3dm-magazine.fr
A 3D M
m a g a z ne
FABRICATION ADDITIVE / IMPRESSION 3D
PROTOTYPAGE RAPIDE / DÉVELOPPEMENT PRODUIT
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Édité par :
G+G MEDIA GROUPE SAS
SAS au capital de 14 000 €
SIRET : 815 083 506 00015
10, rue de Penthièvre 75008 Paris
Tél. : 01 60 11 57 46
Directeur de la publication – directeur de la publicité
Guillaume Mouhat [email protected]
Tél. : 01 60 11 57 46
Rédacteur en chef
Gaëtan Lefèvre [email protected]
Tél. : 06 67 09 01 76
Rédaction
Philippe Bauer, Alain Bernard, Florian Berthelot,
Gaëtan Lefèvre, Giorgio Magistrelli,
Anne-Françoise Obaton
Correctrice
Astrid Rogge [email protected]
Tél. : 09 51 45 14 80
Direction artistique
Melissa Chalot [email protected]
Tél. : 06 78 20 89 38
Fabrication
Imprimerie ETC-INN 82, rue de Michel-Ange 75016 Paris
Tél. : 01 47 43 76 76 Dépôt légal à parution
Conception web
8D Concept - Gautier Mouhat
Tél. : 06 60 56 57 88
Impression 3D
[email protected]
Crédits photo
Couv. : Siemens - 5 : 3D System, F.Hrehorowski/Open Edge - 12-15 : Siemens 16 : Renishaw - 18 : Siemens - 19 : Makerbot - 21-22 : Siemens - 26 : Olaf Diegel
- 27 : DR - 28 : Olaf Diegel - 30 : DR - 33 : Makerbot- 34 : DR - 36 : DR, Kildall 38 :
F3DF - 39 : Granta Design - 40 : DR - 41 : F3DF - 44 : 3D Systems 45-46 : Stéphane Bruzaud/Université Bretagne-Sud - 48-50 : 3D Ceram
Toute reproduction, même partielle, des articles et
iconographies publiés dans A3DM Magazine sans l’accord
écrit de la société éditrice est interdite, conformément à la
loi du 11 mars 1957 sur la propriété littéraire et artistique.
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la détérioration des textes ou des photographies non
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I N N OVAT I O N I N T E L L I G E N C E ®
Conférence “concevoir pour
la fabrication additive”
Le 28 juin - Paris
En présence de Philippe BAUER, responsable des opérations de convergence technologique
chez Thales Air system et de Frédéric VIGNAT de l’INP Grenoble.
Au programme de cette journée : des témoignages d’industriels, la découverte des dernières
innovations et la possibilité de rencontrer et d’échanger avec des experts de la fabrication additive.
Pour vous inscrire, rendez-vous sur www.altairatc.com
ÉDITO
La fabrication additive
dans le monde de demain
La fabrication additive continue d’animer l’actualité. Son développement
se poursuit. Le rapport Wohlers 2016 montre une nouvelle forte croissance
du secteur de la fabrication additive pour l’année 2015, atteignant
5,165 milliards de dollars. Le développement de nouvelles technologies
comme les technologies de l’information et des communications (TIC),
le projet d’Industrie 4.0 et les nouveaux « produits intelligents » comme
« l’usine intelligente » (Smart Factory), ou l’usine du futur, l’impactent
directement. Parallèlement, cette technologie fournit des procédés de
fabrication flexibles et adaptatifs à cette nouvelle vision industrielle. Ce
nouveau processus de fabrication est au cœur du monde d’aujourd’hui et
de demain. A3DM Magazine a forcément voulu se pencher sur le sujet.
Ces bouleversements technologiques modifient également les processus qui permettent de passer d’une idée à sa production. La fabrication
additive pourrait transformer chacun d’entre nous en « petit producteur », pour reprendre les termes de Philippe Bauer dans le « Dossier ».
Les passages du design au produit fini, du fichier à l’objet ont évolué.
Nous pouvons maintenant récupérer les fichiers numériques d’un objet
déjà créé sur Internet. Nous avons accès à des pièces brevetées, à des
objets interdits ou à des œuvres protégées que nous pouvons concevoir
par nos propres moyens. Cela pose la question de la réglementation : du
droit de propriété intellectuelle, des brevets, de la standardisation et de
la certification. L’ensemble du secteur doit se mettre autour de la table
pour définir des règles claires à l’échelle internationale.
La formation et la recherche sont toujours au centre des préoccupations et des sujets d’A3DM Magazine. C’est pourquoi nous ouvrons nos
colonnes aux acteurs de ce secteur, que nous remercions généreusement
pour leur participation.
Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
©2016 Stratasys. Tous droits réservés.
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IDÉES POUR EN FAIRE DES
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représente un véritable bond en avant. Analysez les moindres détails des différentes options de conception avant
de faire votre choix, tout en réduisant les délais et le coût de chaque pièce. Les promesses de l’impression 3D enfin
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Droit
30 Réglementation de la fabrication
additive et de l’impression 3D
Trente ans après les premiers brevets en fabrication
additive, où en est la réglementation
de ce secteur ?
Logiciel
08 Retrouvez les dernières news du secteur
de la fabrication additive.
Dossier
12 Fabrication additive – Du design
au produit fini
L’émergence de nouvelles technologies comme
la fabrication additive permet à tous de devenir
« de petits producteurs ». Quels sont les nouveaux
processus pour passer de l’idée à la production ?
Industrie
38 Fabrication additive – Du fichier à l’objet
De nombreux logiciels de CAO permettent
de transformer une idée en fichier numérique
3D. A3DM Magazine vous aide à faire un choix
dans ce paysage.
Rencontre
42 Formation – De nouveaux enjeux
universitaires
18 L’usine du futur, l’Industrie 4.0
et la fabrication additive
La fabrication additive est au cœur
du développement de nouvelles technologies
comme les technologies de l’information
et des communications (TIC), l’Industrie 4.0
et « l’usine intelligente ».
Les échos de l’AFPR
26 Les Assises européennes
de la fabrication additive
Retrouvez le programme et une présentation
des Assises européennes de la fabrication
additive organisées par l’AFPR et qui auront
lieu les 21, 22 et 23 juin 2016.
Benoît Eynard est enseignant-chercheur
et directeur du groupement AIP-PRIMECA.
Il enseigne des modules autour de l’usine
du futur et est en contact direct avec
les bouleversements entraînés par la fabrication
additive. Stéphane Bruzaud est professeur
des universités et responsable du diplôme
« Impression 3D » à l’université Bretagne-Sud.
Projet R&D
48 Les ondes térahertz, une alternative
prometteuse aux méthodes
classiques de CND
Avec la fabrication additive, l’inspection des pièces
ne peut plus se faire uniquement avec des
méthodes de contrôle non destructif. Il faudra
avoir recours à des méthodes dites volumiques.
SOMMAIRE
News
NEWS
RECHERCHES
ET INNOVATIONS
Créative Industry promeut l’excellence
industrielle
À Hanovre, en Allemagne, dans le cadre de la
Foire internationale de l’industrie, Emmanuel
Macron, ministre de l’Économie, de l’Industrie
et du Numérique, a dévoilé la campagne
« Créative Industry », une initiative visant à
promouvoir le savoir-faire et l’ingéniosité
industrielle de la France. Cette initiative s’insère
dans la campagne « Créative France ».
Airbus utilise la technologie Concept Laser
Premium Aerotec lance sa production en série de pièces métalliques, pour
Airbus, en utilisant des machines de Concept Laser. Pour réaliser ce projet,
la filiale a construit un nouveau hall de production pour la fabrication
additive de pièces en titane, à Varel, en Allemagne. La société a conclu un
accord de coopération avec Concept Laser en tant que fournisseur pour
la technologie de machines et d’installations. Cela a marqué le début de
la production en série d’un coude à double paroi tuyau pour le système
de l’avion de transport A400M. Dans le hall, deux machines Multilaser M2
et une machine XLine 1000R de Concept Laser produisent ces pièces 3D.
Avec ses 263 milliards d’euros de richesses
produites en 2015, 13,8 % du PIB (source du
ministère de l’Économie), l’industrie est un
des secteurs moteurs de l’économie française.
Le gouvernement souhaite construire des
pôles d’excellence capables de soutenir
la concurrence internationale et entend
démontrer sa compétitivité dans sept secteurs
clés : l’efficacité énergétique, les nouveaux
matériaux et composites, la digitalisation de la
chaîne de valeur, la robotique, le monitoring
et le contrôle, la réalité augmentée et enfin la
fabrication additive.
Lancement de la fusée Atlas V
La fusée Atlas V d’United Launch Alliance (ULA)
a été lancée, le 30 mars 2016, depuis la base de
Cap Canaveral, en Floride, aux États-Unis. Le
lanceur Atlas V contenait des pièces imprimées
en 3D produites en série avec la technologie
de Stratasys. Grâce à l’impression 3D, des
composants métalliques ont été remplacés par des
composants thermoplastiques légers. Ces pièces,
qui comprenaient des supports, des buses et des
panneaux de protection, ont été imprimées en
matériau ULTEM™ 9085 avec une imprimante 3D
Fortus 900mc Production. ULA a utilisé les services
de Stratasys pour l’ingénierie, les outils de
production et les pièces de production.
Découvrez le lancement
d’Atlas et des pièces imprimées
en 3D sur la vidéo.
8
A3DM magazine
n°3
NEWS
Nouveaux logiciels de gestion de données
pour l’industrie de l’automobile
La société Granta Design collabore avec les membres de
l’Automotive Material Intelligence Consortium (AutoMatIC) pour
le développement de nouveaux outils pour la gestion des données
de soudures et d’autres techniques d’assemblage. Généralement
difficiles à gérer, ces informations sont complexes et multiples.
Les ingénieurs pourront ainsi disposer de données sur un grand
nombre de techniques d’assemblage et de matériaux cruciaux pour
la simulation, la CAO et l’analyse de vieillissement.
Rapport Wohlers 2016, une croissance
soutenue de la fabrication additive
La publication du rapport 2016 du cabinet de
conseil indépendant Wohlers Associates montre
une croissance du secteur de la fabrication additive,
comprenant tous les produits et services dans le
monde entier, de plus de 1 milliard de dollars, et
cela pour la deuxième année consécutive. Celle-ci
a augmenté de 25,9 % (TCAC : Taux de Croissance
Annuel Composé) pour atteindre 5,165 milliards de
dollars en 2015. Cette même année, 62 fabricants ont
vendu des systèmes de fabrication additive de qualité
industrielle d’une valeur supérieure à 5 000 dollars,
contre 49 en 2014 et 31 en 2011.
Ce rapport est construit sur des données recueillies
auprès de 51 fabricants industriels, 98 fournisseurs de
services, 15 producteurs de matériaux et de nombreux
fabricants d’imprimantes de bureau 3D à faible coût.
Il couvre les contributions de 80 experts dans 33 pays
et se concentre sur la fabrication additive métallique
et les imprimantes 3D de bureau.
Redonner vie à une main
Pour en savoir plus,
découvrez l’article « Gestion
de données “matériaux“
pour la fabrication additive ».
Lunettes personnalisées
Le monde de la lunetterie évolue et la personnalisation est aussi un
souhait de ses clients. Le géant des lunettes Aoyama Optical France
s’est tourné vers la fabrication additive et a signé un partenariat avec
Materialise pour sa nouvelle collection WeDDD (qui se prononce « we
3D ») de lunettes grand public.
Depuis la mi-septembre 2015, vingt-trois
étudiants de l’ISEN (Institut Supérieur
de l’Électronique et du Numérique) Lille
en dernière année de cycle ingénieur en
robotique ont travaillé sur un projet novateur,
en collaboration avec l’entreprise DAGOMA
(créateur d’imprimantes 3D). « Print’Hand »
est un exosquelette pour membre supérieur
à destination des personnes ayant perdu
l’usage partiel ou total de leur main ou de leur
avant-bras. Ce gant bionique sera disponible
à faible coût et imprimable en partie en 3D
(Open Source). Il redonnera ainsi une certaine
motricité de la main et/ou du poignet aux
personnes en situation de handicap suite
à un AVC, un accident ou de l’arthrose.
Encore quelques ajustements, et la version
commercialisable verra le jour.
Fabriquées en polyamide sur
des systèmes de frittage laser,
les montures sont légères, mais
résistantes. Après la production,
les montures passent par un
travail de finition, qui leur
applique un revêtement certifié
pour un contact cutané. Les
montures peuvent être teintes
dans n’importe lequel des neuf
coloris proposés par Aoyama ;
14 modèles représentent 85
combinaisons de coloris.
A3DM magazine
n°3 9
NEWS
MACHINES
ET MATÉRIAUX
HyperWorks® 14.0, nouvelle
technologie de simulation
L’imprimante 3D J750
Stratasys a lancé son nouveau système appelé J750. Cette imprimante 3D
représente une innovation clé dans sa stratégie de développement basée
sur trois objectifs principaux : le prototypage, la production d’outillage
et la fabrication de pièces finies. Roger A. Kelesoglu, directeur des
ventes, a présenté les caractéristiques de cette machine : multimatériaux,
multicouleurs, fabrication de prototypes correspondant aux produits réels,
One-stop réalisme en 3D, polyvalence du système, temps de conception
d’un produit réduit. Grâce à la suppression du processus de peinture
et d’assemblage, le gain de temps permet de réduire significativement
les délais de livraison. Cette machine propose également une gamme
inégalée de 360 000 couleurs et de 6 matériaux pour réaliser des produits
et des prototypes polyvalents et complexes.
Retrouvez l’article
complet sur le site
d’A3DM Magazine.
Nouveaux filaments Ira3D
Ira3D réalise ses premiers pas dans le domaine médical, dans les
principales applications, allant de la création de prothèses jusqu‘à
la création de modèles en chirurgie et en passant par l‘industrie
dentaire. Dans ce contexte, la société a présenté une nouvelle ligne
de filaments. A3DM Magazine vous en présente quelques uns.
L’IRABS Bismuto : filament métallique hybride avec une base en
ABS. Il donne la possibilité de créer rapidement des pièces qui se
rapprochent, par la densité, d‘un métal.
GUMMIFY SKIN : filament de caoutchouc flexible à effet de peau. Il
a été produit en collaboration avec des étudiants universitaires en
médecine et en chirurgie.
NYLON 680-680 NYLON FDA : matériau à base de nylon conçu pour
le médical, le dentaire, la robotique et le domaine vétérinaire.
Biopet GM0 : matériau de haute résistance appropriée pour les
produits médicaux et de prototypage de soutien d’implants. Il est
biocompatible avec MGo.
10
A3DM magazine
n°3
Altair lance HyperWorks® 14.0 : de nouvelles
technologies pour concevoir et optimiser des
produits très performants, innovants et de
masse réduite. Cette dernière version – la
suite logicielle dédiée à la simulation à
l’architecture ouverte – inclut de nouveaux
logiciels, des nouvelles fonctionnalités avancées,
des fonctions mises à jour et améliorées ainsi
qu’un nouveau système de licences.
Altair organise le 28 juin, à Paris, une conférence
« Concevoir pour la fabrication additive ».
Au cours de cette journée, vous découvrirez
des témoignages d’industriels et les dernières
innovations. Vous aurez également la possibilité
d’échanger avec des experts de la fabrication
additive.
www.altairatc.com
NEWS
Technologie CLIP de Carbon3D chez Sculpteo
Dans le cadre d’un partenariat exclusif, Sculpteo est la
première société d’impression 3D en ligne à proposer la
technologie CLIP mise au point par la firme Carbon3D.
Nouveau système de frittage laser métal, EOS M 400
La société EOS a présenté au salon Industrie son système EOS
M 400, destiné à la production de série de pièces métalliques.
Avec un volume de fabrication de 400 x 400 x 400 mm, le
système EOS M 400 permet la production de pièces de plus
grandes tailles pour concrétiser de nouvelles applications
dans la fabrication de série industrielle. Il est équipé d’un
laser d’une puissance pouvant aller jusqu’à 1000 watts et
d’un système de filtrage autonettoyant permettant des
changements de filtres moins fréquents. De plus, EOS a
amélioré les fonctions de contrôle et de reporting afin que
les utilisateurs optimisent les contrôles « qualité » dans un
environnement industriel.
You design it, we make it
Le procédé CLIP fonctionne avec un bain de résine liquide
dans lequel est projetée une séquence continue d’images
UV générées par un projecteur de lumière numérique, à
travers une fenêtre transparente aux UV perméables à
l’oxygène. La zone morte créée au-dessus de la fenêtre
maintient une interface liquide. Au-dessus de la zone
morte, la partie durcie est extraite du bain de résine.
DOSSIER
DU DESIGN AU PRODUIT FINI
Des mots très forts comme « rupture », « innovation disruptive »
ou encore « révolution » sont associés à l’avènement de la fabrication
additive. Cette technologie est également intégrée aux démarches
de « l’industrie 4.0 » ou à l’usine du futur. Devant un tel déploiement
de force, doit-on en déduire une remise en cause des processus
qui nous permettent de passer de l’idée à la production ?
Par Philippe Bauer, expert processus,
outils et innovation en architecture mécanique chez Thales Air Systems.
L
’émergence de nouvelles technologies permet à tous de devenir « de petits
producteurs ». Tentons de revisiter les étapes de construction pour vérifier si
l’adage « à partir de maintenant ce sera comme d’habitude ! » ne se vérifie pas
une fois de plus.
L’entreprise industrielle est souvent synonyme de complexité, de moyens matériels et
humains lourds à mettre en œuvre. Le déploiement de la fabrication additive s’accompagne d’une envie d’abolir ces difficultés au profit d’un processus « libératoire ». Cette
technologie change la vision de l’industrie en apportant des réponses moins quantitatives ou standard, mais plus nombreuses. Elle permet de mieux cibler les besoins, voire
de les individualiser. Cette diversité nous amène plus que jamais à redoubler d’efforts
pour générer des idées.
12
A3DM magazine
n°3
DOSSIER
Le marché est couvert
La notion de localité est importante pour la fabrication additive. C’est son terrain ! Elle y promeut
sa capacité à se rapprocher des clients et à localiser ses réponses en s’adaptant à la géographie du
besoin. Ces marchés fourmillent et pourtant, ils
sont délaissés par l’industrie dont l’inertie limite
la mobilité créative et géographique. Les clients
difficiles n’intéressent pas la grande industrie,
la boîte aux lettres de l’ISS n’est pas envahie de
publicités tous les matins. Rien n’a changé, mais
tout à évolué. Pour s’installer au cœur de ce type
de marché « local », il faut multiplier les business
plans et les travailler soigneusement afin d’éviter
de nombreux échecs. Pas de laisser-aller ! Proposer ou répondre à un marché impose d’être en
empathie avec ce dernier et de ne pas céder aux
fantasmes des modes et des pensées rapides ou
illusoires.
Je suis, donc je veux
La fabrication additive promet beaucoup de
choses à condition de savoir ce que l’on veut.
Voilà le cœur du problème. Il n’existe pas de révolution dans la manière de préparer le terrain
des idées. Laissez seuls dix ingénieurs en réunion
« technique », ils confronteront avec acharnement leurs solutions et seront sans voix lorsque
l’animateur leur demandera de rappeler, simplement, le sujet du besoin. Entre ceux qui ne croient
que ce qu’ils voient et ceux qui ne veulent voir
que ce en quoi ils croient, il faudra retrouver le
chemin de la fertilité des idées.
Nous ne sommes pas tous des génies ou des talents innés. La fabrication additive réinvente le
besoin de prendre du recul, de sortir de nos spécialités pour retrouver l’inspiration. N’agissons
pas trop vite ! Pensons, d’abord, un peu ! Sortons
de nos trajectoires habituelles. Plus que jamais,
les designers sont les alliés de nos ingénieurs. Ils
les aident à déplacer les frontières des idées et
des techniques. Se libérer des coûts, des délais
et ouvrir, de nouveau, le champ des possibles est
ardu pour un ingénieur. Pour réussir, il faut être
plusieurs et accepter de prendre le temps d’une
perte momentanée de contrôle. Rien ne change
dans les processus de recherche d’idées, il faut les
appliquer au bon moment et changer de posture.
Même si elles sont coûteuses en termes de temps,
elles apportent une maîtrise bénéfique.
Trouver une bonne raison d’être
L’optimisation topologique nécessite que les besoins fonctionnels soient exprimés sous les formes
géométriques les plus élémentaires. Ainsi, un plan
est défini par trois points et une normale. Une
large face plate est une réponse surabondante.
Trois plots de matière suffisent. Seule une analyse
fonctionnelle exhaustive permet de répondre au
cahier des charges des besoins géométriques. Les
processus académiques de l’analyse fonctionnelle
sont réglés, efficaces, enseignés et méritent d’être
à nouveau utilisés à l’éclairage des nouvelles possibilités de la fabrication additive.
Nous n’analysons pas la géométrie d’une pièce
existante pour la transférer en fabrication additive, nous revisitons les solutions géométriques
apportées aux fonctions. Et ces fonctions doivent
se limiter à répondre aux besoins identifiés et
justifiés. Rien n’a profondément changé. Il faut
redéployer l’utilisation de l’analyse fonctionnelle
pour parcourir à nouveau la trajectoire géodésique qui relie les solutions aux besoins.
Se former aux règles
Les mécaniciens n’ont pas l’habitude de gérer des
évolutions rapides de leur métier. Comme présenté dans mon précédent article « Fabrication
additive – Les nouveaux défis des concepteurs en
mécanique » paru dans A3DM Magazine n°1 (que
vous pouvez retrouver sur le site Internet www.
a3dm-magazine.fr), concevoir pour la fabrication
additive, c’est appliquer des règles : savoir ce qui
est possible et ce qui ne l’est pas. Rien de bien
nouveau, donc : à devoir gérer l’acquisition d’une
nouvelle technique, il faut se former.
Pour exister pleinement, la fabrication additive
doit rester un mode d’élaboration parmi d’autres.
L’hybridation peut être une des clés du succès. Il
ne faut pas être dogmatique en prônant que la
fabrication additive puisse remplacer les procédés de fabrication traditionnels. Les techniques
de fabrication additive se complètent entre elles.
Par exemple, les technologies sur lit de poudre et
la technologie de projection laser peuvent s’associer avec bénéfice. Elles s’hybrident aussi avec
les moyens traditionnels. Une pièce de tournage
peut être complétée par des géométries obtenues en fabrication additive. Un tube extrudé
peut être parachevé de formes externes ajoutées
grâce au procédé de projection de poudre. Un
assemblage majoritairement mécano-soudé peut
incorporer des composants en provenance de la
fabrication additive. N’oublions pas qu’une pièce
métallique conçue en fabrication additive se comporte comme un banal brut de fonderie qui sera
repris en usinage pour garantir certaines précisions nécessaires aux fonctionnalités. Elle sera
donc comme à son habitude pourvue des surépaisseurs et des référentiels d’usinage nécessaires
à sa reprise.
A3DM magazine
n°3 13
DOSSIER
Pas de révolution donc ! Cette technologie est un
procédé qui complète la panoplie des technologies actuelles et s’associe à ces dernières. L’atelier
de fabrication du futur pourra aussi bien retirer
de la matière qu’en ajouter.
Des évolutions déjà en cours se stabilisent. Le modèle 3D existe depuis plusieurs décennies et finit par s’imposer comme source de données unique. La période transitoire qui associait la 2D à la 3D va se
terminer pour les pièces fabriquées par fabrication additive et cela
s’étendra aux autres modes de fabrication.
« Dossier de définition »
Il y a matière à
La fabrication additive impose le modèle 3D
comme référence de création de la géométrie.
La conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO) nous avaient habitués à cela lorsqu’il
s’agissait de programmer un parcours d’outils à
partir d’un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO). La CFAO exploite les surfaces, parfois complexes, et génère les parcours d’outils en
trois ou cinq axes. Le dossier de définition, pour
sa part, indique ce qu’il faut faire et ce qui a été
précédemment validé comme réalisable. Le dossier de fabrication indique comment faire pour
respecter cette définition.
Jean-Jacques Fouchet de la société Z3DLAB nous a expliqué, lors de
sa présentation au congrès APS Meetings de février 2016, qu’« une
pièce c’est une matière ». Un vrai changement ! La chaîne de transformation est impactée. Pourtant ce changement est frileux, car
nous nous attachons encore trop à valider les matières traditionnelles pour un procédé de transformation nouveau. Si certaines s’en
sortent correctement, d’autres résistent et déçoivent. Si nous revenons aux besoins, alors il faut créer et produire les matières adaptées. Les technologies et les sciences de la matière sont assez outillées et performantes pour avancer sur ce terrain. Il faudra du temps,
mais probablement moins qu’avant. Bien sûr, ce travail n’est pas à la
portée de tous : il mobilise l’industrie, naturellement.
Le « dossier de définition » doit transmettre aux
acteurs de la chaîne de valeurs des informations
exploitables par chacun. Il est temps d’intégrer
toutes ces données dans le seul modèle 3D. La
technologie « 3D as master » élimine le plan 2D
comme vecteur complémentaire d’informations.
On peut enfin arrêter d’éparpiller les données
entre plusieurs fichiers, l’un 3D et l’autre 2D. Le
modèle 3D embarque des « vues » préparées par
le concepteur. Ces vues cumulent des notes, des
côtes, des tolérances géométriques, des indications de zones traitées, etc. L’utilisateur peut
les visualiser sur des logiciels simples qui lui permettent d’imprimer sur du papier les vues qu’il
souhaite, sous l’angle qu’il désire. Autant de vues
qu’il juge nécessaire pour documenter le travail
à faire. Il peut construire son dossier de fabrication en exploitant d’une façon simple et rapide
les données de référence.
Finition incontournable, main-d’œuvre nécessaire
La pièce conçue par fabrication additive nécessite une finition, des
nettoyages ou des préparations mécaniques et/ou chimiques comme
des traitements thermiques pour atteindre les performances souhaitées. L’outillage technologique est classique et incontournable. La
main-d’œuvre est encore nécessaire. Ces tâches nécessitent la mise
en place de moyens respectant les normes environnementales et
leur surveillance. Si certaines personnes pensaient alléger ces processus, c’est manqué. Ces sujets dérangent et montrent bien que
cette technologie ne s’offre pas sans contraintes. Cette fois, l’évolution est discutable. Je ne résiste pas à me montrer diabolique et
vous propose un cocktail « high tech » : prenez donc quelques vapeurs d’ABS sur la FDM multi-têtes et une cuillère à café de poudres
nanométriques de Carbone Zircone Titanisé auprès de l’atomiseur.
Plongez dix minutes sous les tirs des quatre lasers croisés d’une SLM
boostée et finissez par une bonne douche de rayons X sous l’EBM
« ultra power ». Avec tout ça, on devient très vite chef de projet
chez Marvel Comics, Hulk !
Les géométries 3d imposent
la métrologie, les scanners
et les comparaisons
par rapport aux données
de référence.
14
A3DM magazine
n°3
DOSSIER
impacte tous les flux :
communication, qualité,
management, production.
Il existe peu d’espoirs que la fabrication additive perdure au sein d’ateliers ou de laboratoires
d’alchimistes. L’industrie et ses clients se doivent
de faire rentrer dans le rang ces technologies et
d’imposer à nouveaux les règles qui vont nécessairement dimensionner les structures, bien audelà de la surface d’une chambre de geek dans
la capitale.
Halte ! Contrôle
À nouvelles topologies de pièces, nouveaux besoins de contrôles ! Les géométries 3D imposent
la métrologie 3D, les scanners laser et les comparaisons par rapport aux données de référence
numériques. Plus de 100 paramètres pilotent la
réussite d’une conception par fabrication additive. La transformation par microfusion laser
des procédés sur lit de poudre (laser ou faisceau
d’électron) créent la métallurgie de la pièce. La
maîtrise des moyens de contrôles métallurgiques
de la matière fusionnée est fondamentale. Les
corps creux, pour leur part, sont rendus inaccessibles et justifient l’utilisation de moyens lourds
tels que la tomographie pour les visionner et les
contrôler sans les détruire. Nous parlons aussi de
monitoring pour piloter le fonctionnement du
procédé en continu. Nous installons également
des éprouvettes à plusieurs endroits stratégiques
de la pièce pour pratiquer un contrôle destructif
sur des échantillons représentatifs. Il existe des
similitudes avec la fonderie. Il est d’ailleurs intéressant de noter que cette technologie intervient
de plus en plus pour remplacer les procédés de
fonderie dont la complexité, bien que maîtrisée
depuis longtemps, reste l’apanage de spécialistes
au travers d’une supply chain qui se fragilise. Elle
allège les besoins d’outillages, réduit le lead time,
permet de diversifier et de s’adapter à des productions ponctuelles, mais ne diminue pas forcément l’expertise nécessaire à la maîtrise du procédé. Comme je le dis souvent à certains de mes
fournisseurs : « on ne déclare pas disposer d’un
savoir-faire, on le prouve ». Et la panoplie des
moyens déployés en est la preuve.
Chaîne de production,
chaîne de compétences
Si la structure de production ne dispose pas des
moyens précités, la supply chain se doit de les intégrer. Rien n’est plus frustrant que de concevoir
en cinq jours, fabriquer en deux, devoir attendre
une semaine la réalisation d’un traitement thermique, quinze jours la disponibilité d’un usineur
ainsi que quatre jours celle d’un tomographe. Ce
phénomène n’est pas rare lorsque la fabrication
additive n’est pas intégrée dans un contexte complet. Dans une telle configuration, la technologie
participe assez peu à l’amélioration du lead time.
Les plus belles réussites en fabrication additive
nous proviennent d’industriels conventionnels
qui l’ont adapté. Ceux qui savent déjà utiliser les
outils de gestion de production et qui ont intégré
les post-processus, bref les industriels. La fabrication additive sort du monde du prototypage et
A3DM magazine
n°3 15
DOSSIER
doit se mettre au diapason de l’industrie, source
de ses succès potentiels. Philippe Rivière, CEO
de Prismadd Technology, écrit : « le passage du
monde du prototypage au monde industriel permet d’accélérer la recherche de la performance
et de l’efficience à chaque étape du processus. Ce
changement demande un fort investissement de
toute la supply chain pour la rendre robuste et industrielle afin de travailler sur les points critiques
identifiés ». L’industrie s’accapare la fabrication
additive, pas l’inverse.
Un client, un fournisseur, un succès
J’ai eu l’honneur de décerner le prix du jury du
salon 3D Print Lyon 2015 à la société Prismadd
pour la réalisation d’un projet avec Airbus. Celui-ci associait plusieurs technologies de fabrication additive, en polymères FDM (par dépôt de
matière fondue – Fused Deposition Modeling)
et métallique par SLM (fusion sélective par laser
– Selective Laser Melting). Il utilisait également
l’approche de conception par optimisation topologique. Ce qui couronnait cette action était la
préservation d’un site industriel nouvellement
dédié à ce projet, les emplois induits et le développement technologique de la région d’accueil.
Une vraie réussite ! Ceci n’aurait pas été possible
La fabrication additive réinvente
le besoin de prendre du recul,
de sortir de nos spécialités
pour retrouver des inspirations.
L’industrie s’accapare
la fabrication additive,
pas l’inverse.
valorisent l’utilisation. Une ultime phrase de Philippe Rivière conclue ce sujet : « tous les flux sont
impactés, communication, qualité, management,
production. C’est une grande chance pour la génération actuelle que de vivre cette transformation ».
Moi, petit producteur
sans des liens forts tissés entre l’industriel, les fournisseurs qui innovent et prennent des risques ainsi
que le donneur d’ordres qui est convaincu. Philippe
Rivière a été très clair vis-à-vis de son investissement
dans cette technologie : « cette aventure a une
particularité puisque nous partons d’un nouveau
processus et devons qualifier, identifier toutes les
caractéristiques clés et démontrer leur répétabilité.
Nous ne pouvons le faire qu’avec une grande transparence et une bonne relation avec le client ».
La recette gagnante consiste bien à mettre en relation des professionnels. La confiance est seule garante de cette aventure qui consiste à emprunter
de nouveaux chemins. Pour réussir, il faut réunir
les hommes compétents ayant envie de parcourir
un bout de chemin ensemble, chez le fournisseur
et chez le client. La co-ingénierie est plus que jamais nécessaire. Toute production en fabrication
additive doit faire l’objet d’un tour de table qui
réunit les spécialistes et acteurs de la chaîne de
création de valeur. Une technologie ne fait pas un
succès ; chacun doit trouver les arguments qui en
16
A3DM magazine
n°3
Nous sommes dans une évolution permanente.
Seuls les passés et les expériences acquises sont
capables de préparer notre avenir. Nous ne pouvons faire table rase de ce passé. Nous devons nous
réunir et partager nos compétences. Chacun possède un morceau du puzzle. Nous devons conserver l’envie du risque sans en oublier la nécessaire
maîtrise. L’industrie est, avant tout, une structure
possédant des moyens et des individus formés et
compétents. Leur aide, leurs conseils et l’honneur
qu’ils ont à promouvoir leur travail est simplement
incontournable pour construire l’avenir. La transition ou l’évolution ne se fera pas en un clic. Pour
déployer la technologie, nous devons rencontrer
les tourneurs, fraiseurs, soudeurs, fondeurs, chaudronniers, dessinateurs industriels, technologues,
préparateurs de fabrication, acheteurs, lanceurs,
scientifiques et leur raconter l’histoire de demain
que vous imaginez et qu’ils vont vous aider à
construire.
Maintenant, ce sera comme d’habitude… mais en
mieux.
INDUSTRIE
L’USINE DU FUTUR,
L’INDUSTRIE 4.0
ET LA FABRICATION ADDITIVE
Le développement de nouvelles technologies comme les technologies
de l’information et des communications (TIC), le projet de l’Industrie 4.0
et d’« usine intelligente » (Smart Factory) impactent la fabrication additive.
Parallèlement, cette technologie fournit des procédés de fabrication flexibles
et adaptatifs à cette nouvelle vision industrielle. A3DM Magazine
s’est mis en marche vers un monde moderne.
Par Giorgio Magistrelli, expert en fabrication additive, gestionnaire d’entreprise et de projets.
L
’industrie est un pilier fondamental de l’économie européenne. Le secteur manufacturier dans l’Union européenne (UE) représente 2 millions d’entreprises,
33 millions d’emplois et 60 % de la croissance de la productivité. L’Europe envisage d’augmenter la part du PIB du secteur manufacturier à 20 % en 2020. « L’agenda
Europe 2020 » de la Commission européenne vise à devenir « une économie intelligente, durable et inclusive », tout en atteignant des niveaux élevés d’emploi, de productivité et de cohésion sociale. Le projet repose sur cinq objectifs ambitieux : l’emploi,
l’innovation, l’éducation, l’inclusion sociale et le climat / énergie – à atteindre d’ici
2020. Il met en place sept « initiatives phares ». Parmi ces stratégies, le développement
de l’innovation joue un rôle clé dans quatre politiques.
18
A3DM magazine
n°3
INDUSTRIE
• L’union de l’innovation pour améliorer les conditions-cadres et l’accès au financement pour la
recherche afin de renforcer la chaîne d’innovation et de stimuler les niveaux d’investissement
relatifs dans les 28 États membres.
• Un agenda numérique pour l’Europe permettant d’accélérer le déploiement de l’Internet à
haute vitesse et d’atteindre les avantages d’un
marché unique numérique pour les individus et
les entreprises.
• Une Europe efficace dans l’utilisation des ressources pour aider à décupler la croissance
économique par la décarbonisation de l’économie, l’utilisation accrue des sources d’énergies
renouvelables, la modernisation du secteur des
transports et la promotion de l’efficacité énergétique.
• Une politique industrielle à l’ère de la mondialisation pour améliorer l’environnement
des affaires, en particulier pour les petites et
moyennes entreprises (PME), et pour soutenir
le développement d’une base industrielle forte
et durable, capable de soutenir la concurrence
mondiale.
Le programme-cadre « Horizon 2020 », avec son
budget de 80 milliards d’euros pour la période
2014-2020, est l’un des outils de mise en œuvre de
l’agenda Europe 2020.
Le développement des TIC
et la fabrication additive
La dernière décennie du XXe siècle a représenté
un tournant pour l’industrie manufacturière européenne, en particulier pour le développement des
technologies de l’information et des communications (TIC). Leur impact sur la chaîne de valeur a
embrassé une série de conséquences directes sur la
façon dont les produits sont conçus, mis au point,
fabriqués, contrôlés, distribués, et même réparés.
Cependant, alors que certains secteurs de l’économie ont rapidement adopté des technologies et
des procédés numériques, l’industrie européenne
doit encore améliorer la pleine utilisation des possibilités informatiques pour devenir compétitives
au niveau mondial. Les PME sont particulièrement
en retard dans leur transformation numérique. Les
études récentes estiment que la numérisation des
produits et services augmentera de 110 milliards
d’euros par an le chiffre d’affaires pour l’industrie,
en Europe, au cours des cinq prochaines années.
Dans ce but, de nombreux États membres de l’UE
ont déjà lancé des stratégies visant à soutenir la
numérisation de l’industrie. Cependant, une approche globale au niveau européen est nécessaire
pour éviter la fragmentation des marchés et pour
obtenir les avantages de l’évolution informatique.
L’Industrie 4.0 met en
évidence une production à forte
personnalisation des produits
et une interaction entre clients
et producteurs.
est directement liée au
développement des « usines
intelligentes ».
Dans le même temps, l’amélioration des infrastructures de TIC représente un soutien croissant et
une opportunité pour le développement constant
des technologies de fabrication additive. Le flux
de processus de cette technologie provient des
dessins numérisés en trois dimensions (3D) d’un
produit par un logiciel de conception assistée par
ordinateur (CAO), tout en exigeant une étape
ultérieure à travers laquelle les processus additifs
sont préparés en couches et communiqués au système. Les fichiers peuvent être transmis partout,
mais ils exigent un réseau de TIC fiable, rapide et
sécurisé pour permettre la fabrication d’un produit à proximité du client et de l’utilisateur final.
Deux concepts sont à considérer lorsque nous évaluons le développement des TIC et son impact sur
le présent et l’avenir de la fabrication : l’Industrie
4.0 et la définition de « Smart Factory » (« usine
intelligente »).
A3DM magazine
n°3 19
INDUSTRIE
Impacts de l’Industrie 4.0
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Industrie 4.0
Nous avons déjà présenté en détail dans le premier numéro d’A3DM Magazine1 l’initiative allemande Industrie 4.02 qui considère que la fabrication industrielle, dans l’avenir, sera caractérisée
par une forte personnalisation dans les grandes
séries de production, par l’intégration étendue de
clients et partenaires d’affaires et par une importance accrue du développement des « systèmes
cyber-physiques ». Un impact direct de l’optimisation de la production et de la logistique ! La
France, de son côté, a lancé le plan d’industrialisation française en 2013, The New Industrial France2,
développé sous le nom de « l’industrie de l’avenir ». Celui-ci se concentre sur la modernisation
de la production, des modèles d’affaires et des
structures organisationnelles, comme le développement des technologies telles que la fabrication
additive et l’Internet des objets (IdO)3. Selon une
récente étude de la société de conseils Deloitte4,
les impacts de l’Industrie 4.0 seront les suivants :
• la mise en réseau vertical des systèmes de production « intelligents » tels que les usines « intelligentes », les produits « intelligents », les réseau
« intelligents », des logistiques « intelligentes »... ;
• l’intégration horizontale via une nouvelle génération de réseaux de partenaires commerciaux et de
clients dans différents pays et sur divers continents ;
• l’ingénierie développée à travers la chaîne de
valeur et le cycle de vie du produit ;
• l’accélération grâce aux technologies exponentielles permettant des applications étendues, des
réductions de coûts et une augmentation de la
puissance.
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n°3
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De l’usine traditionnelle à l’« usine
intelligente »
Au sein de l’Industrie 4.0, le développement des
TIC, depuis les années quatre-vingts et son évolution au cours des années quatre-vingt-dix, a
conduit à une amélioration constante des systèmes
d’exploitation. Des techniques de fabrication innovantes sont nées d’un niveau croissant d’automatisation, de l’adoption mondiale des concepts
de Lean Manufacturing et Six Sigma ainsi que de
l’intégration de systèmes informatiques d’entreprise comme ERP5 (Enterprise Resource Planning),
MES6 (Manufacturing Execution Systems) ou PLM7
(Product Life Cycle Management). Aujourd’hui,
l’attribut « intelligent » est partout, dans nos
téléphones, nos maisons, les jeux de nos enfants,
les réseaux des villes et, bien sûr, les usines. Mais
qu’entend-on lorsque l’on parle d’« usine intelligente » ? Le terme est largement utilisé sans aucune définition uniforme, considérant que divers
chercheurs et ingénieurs doivent inclure les nombreux visages d’une même médaille. Regardons
d’abord les principaux impacts du développement
des TIC sur la fabrication et les applications « intelligentes » de l’Internet à l’industrie.
• La convergence complète des systèmes informatiques et des infrastructures d’automatisation des
systèmes de production permet l’intégration de
la fabrication verticale (d’un département « projet » à l’atelier ou d’un centre de contrôle à un
système de fabrication, liés informatiquement) et
horizontale (entre le siège et une usine de filiale,
un centre de contrôle central et une machine dans
une usine à l’autre bout du monde). Dans ce cas,
nous devons parler de systèmes cyber-physiques
INDUSTRIE
(Cyber-Physical Systems – CPS) ayant les caractéristiques d’être « localement physiques, mais virtuels
à l’échelle mondiale » – commandés centralement
à travers un cyber-réseau virtuel et avec la capacité d’intervenir à distance. Les CPS reposent sur des
technologies sans fil, le Cloud computing, le Big
Data, la surveillance à distance et la cybersécurité.
• La fabrication sur demande et la livraison à
temps de produits en série et sur mesure nécessitent une gestion de la chaîne d’approvisionnement organisée et flexible. Les fabricants sont en
lien avec les fournisseurs et les prestataires de services logistiques pour coordonner la livraison des
matériaux, des produits intermédiaires et/ou des
outils nécessaires. Cette combinaison permet de
faibles coûts unitaires des processus de production
de masse, plus de flexibilité, de personnalisation,
permet et de répondre à une demande imprévisible.
• La maintenance prédictive permet d’éviter ou
de minimiser les coûts dus à des temps d’arrêt. À
l’aide de capteurs à distance, les machines peuvent
constamment vérifier leurs états et communiquer
des problèmes éventuels au centre de contrôle.
Elles peuvent dans le même temps planifier l’entretien régulier de la machine via MES ou ERP, et
prévoir la livraison des pièces de rechange. Ces informations sur l’état de la machine et d’éventuels
problèmes peuvent être directement transmises
au fabricant (et également à l’utilisateur final) de
la machine.
• Des pièces et des machines « intelligentes ». La
configuration des produits et les propriétés des
matériaux peuvent être communiquées, sans fil, à la machine, qui
pourra ensuite se calibrer automatiquement pour atteindre un traitement optimal. Cette machine aura la possibilité d’interagir avec
d’autres machines pour les interroger sur les réglages appropriés. En
cas de dysfonctionnement, cette machine pourrait également identifier une station de remplacement et communiquer les données
connexes et la planification. Le client sera dans le même temps mis
au courant du retard de livraison.
• La fabrication avec optimisation d’énergie permet une allocation
plus efficace des ressources et la planification de la fabrication.
• L’allocation des capacités non engagées, dans le cas où des machines de production ne fonctionneraient pas à pleine capacité, peut
être offerte à d’autres usines du groupe et/ou à d’autres entreprises,
avec l’accomplissement de plusieurs ordres.
• Une production flexible et versatile. Les TIC et les modules de production intelligents peuvent modifier une organisation, permettre
l’expansion des installations de productions, des services, et l’intégration des étages de fabrication en les rendant plus efficaces, tout
en communiquant par l’intermédiaire d’un réseau intégré.
Ayant comme référence la littérature sur les usines intelligentes,
nous avons tendance à favoriser cette définition complète : « La
Smart Factory est une solution de fabrication qui fournit des procédés de production flexibles et adaptatifs qui permettront de
résoudre les problèmes liés à une installation de production dans
un monde de complexité croissante. Cette solution pourrait d’une
part être liée à l’automatisation (définie comme une combinaison
de logiciels, matérielle et/ou mécanique, qui devrait conduire à l’optimisation de la fabrication par une réduction de la main-d’œuvre
redondante et du gaspillage des ressources inutiles), et d’autre part
être vue dans une perspective de collaboration entre les différents
partenaires industriels et non industriels, où les divers composants
intelligents viennent former une organisation dynamique ».
Les techniques
de fabrication
innovantes sont nées
d’un niveau croissant
d’automatisation.
A3DM magazine
n°3 21
INDUSTRIE
Fabrication intelligente
et fabrication additive
La fabrication additive comprend diverses techniques de fabrication d’un objet en trois dimensions à partir d’un modèle 3D dans lesquelles des
couches successives de matériau sont fixées sous le
contrôle de l’ordinateur. Elle augmente la qualité
du design et sa conformité, tout en améliorant le
temps de mise sur le marché et en simplifiant la
logistique entre les différentes phases de fabrication. Elle est directement liée au développement
des usines « intelligentes », en particulier pour
fournir la gestion de la chaîne d’approvisionnement, le développement de produits et de l’outillage. Si nous analysons les avantages spécifiques
de cette technologie, nous découvrons que ceux-ci
sont directement associés à l’intégration des composantes des TIC.
• La complexité de fabrication est gratuite. En fabrication traditionnelle, plus la forme et la structure d’un objet sont compliquées, plus cet objet
coûte à être produit. Avec la fabrication additive,
la production d’un objet complexe coûte le même
prix. De plus, les structures complexes pourraient
être conçues en CAO et optimisées topologiquement sans la nécessité d’un accès direct à des machines-outils, réduisant ainsi la nécessité de composants multiples.
• La variété est gratuite. Une seule machine peut
créer de très nombreuses formes en même temps,
à condition, évidemment, que les différents plans
numériques et les matériaux de fabrication soient
fournis.
ou AMF, les ingénieurs peuvent créer un prototype avec une imprimante 3D. Dès que l’impression est terminée, les tests de propriétés
sont réalisables. Terminés les longues semaines ou mois d’attente
pour récupérer un prototype.
• Des nuances infinies de matériaux. Les ingénieurs peuvent également concevoir des pièces avec des couleurs spécifiques et les imprimer grâce aux nombreux matériaux.
Le Cloud et la fabrication additive
Un autre point commun entre les entreprises de fabrication additive
et les usines intelligentes est la nécessité d’utiliser le Cloud pour partager et développer des fichiers en CAO, pour fabriquer dans un lieu
différent de celui de la conception et pour conserver leurs produits,
évitant ainsi des coûts de stockage et des charges d’inventaire. Le
« Cloud computing » (que l’on appelle aussi en France le « nuage informatique ») fournit des services ou des applications informatiques
en ligne, accessibles partout, à tout moment et de n’importe quel
terminal (smartphone, ordinateur de bureau, ordinateur portable
ou tablette).
Le développement de la technologie du Cloud modifie les business
models des entreprises de logiciels. Jusqu’à aujourd’hui, les logiciels
étaient utilisés localement, en général sur un poste de travail et sur
les serveurs à proximité. Le Cloud computing a créé un changement,
le logiciel pouvant être chargé de n’importe où et utilisé d’encore
plus loin.
LIENS UTILES
• L’assemblage n’est pas nécessaire. Alors que la
fabrication traditionnelle nécessite une « chaîne
de montage », la fabrication additive permet très
souvent de supprimer cette étape d’assemblage.
ICT Innovation in FoF PPP
https://ec.europa.eu/digital-agenda/en/
about-112
• La réduction des délais de réalisation. Immédiatement après la finalisation du fichier en STL
Factories of the Future
http://ec.europa.eu/research/industrial_
technologies/factories-of-the-future_en.html
EFFRA European Factories
of the Future Research Association
http://www.effra.eu/
EU Digital Agenda
http://ec.europa.eu/digital-agenda
22
A3DM magazine
n°3
INDUSTRIE
LES AVANTAGES DE LA FABRICATION ADDITIVE
LIÉS À LA SMART FACTORY
• La convergence complète des systèmes informatiques
et des infrastructures d’automatisation des moyens de production.
• La fabrication sur demande et la livraison dans les temps
de produits en série et sur mesure.
• La maintenance prédictive.
• Les pièces et les machines « intelligentes ».
• La fabrication avec optimisation d’énergie.
• L’allocation des capacités non-engagées.
• La production flexible et versatile.
Le développement des TIC
Dans toute la chaîne de valeur de la fabrication
additive, les TIC jouent un rôle crucial et trop
peu souvent reconnu. Les fichiers CAO/STL/AMF
et leurs transmissions du département de projet
au centre de fabrication demandent un puissant
système de TIC. Selon Digital Europe, « une condition essentielle pour une économie prospère est
une infrastructure à large bande réactive ». La
transformation numérique améliore l’intégration
des services et des produits « intelligents ». Des
industries clés comme l’ingénierie, l’automobile,
la santé et les produits pharmaceutiques – grâce
aussi à l’utilisation croissante des technologies et
services de fabrication additive – sont de plus en
plus touchées.
La puissance majeure de l’Industrie 4.0 est basée
sur la combinaison des technologies numériques
avec d’autres technologies de pointe comme la fabrication additive, afin d’atteindre une efficacité
maximale des ressources. Selon la récente présentation du Forum stratégique sur l’entrepreneuriat
numérique, « la transformation numérique n’est
pas une option – il est un must ». Plus précisément,
le développement des infrastructures des TIC devrait se concentrer sur trois aspects : la vitesse, la
qualité et la sécurité.
pourcentage (2 %) des souscriptions dans l’UE avait
le plus bas niveau de vitesse à large bande (entre
144 Kbps et 2 Mbps), excepté dans un petit nombre
d’États membres comme l’Estonie et la Slovénie. La
pénétration des abonnements à haut débit de plus
de 30 Mbps à large bande rapide est en augmentation, passant de 2,5 % en 2012 à 6,3 % en 2014.
Cependant, l’adoption du haut débit rapide reste
faible (seulement 3 % des ménages dans l’UE). Les
connexions rapides sont les plus largement utilisées
en Belgique et aux Pays-Bas, ainsi qu’en Lettonie,
en Suède et en Lituanie. D’autres États membres
comme l’Italie, Chypre ou la Grèce n’ont pratiquement pas d’abonnements haut débit.
En matière de qualité des services dans l’UE, la différence entre la vitesse à large bande annoncée et
réelle reste la même. En octobre 2014, les consommateurs ont reçu 76 % de la vitesse annoncée.
En matière de vitesse, le développement du haut
débit a son importance pour une société. Il est reconnu et défini dans la stratégie « Europe 2020 ».
Pour réaliser les avantages offerts par les TIC et la fabrication additive, et pour rivaliser avec succès dans
l’économie mondiale, l’Europe a besoin d’accéder
à un Internet ultrarapide, largement disponible et
à un prix compétitif. Les pourcentages des abonnements de lignes fixes supérieures à 10 Mbps sont en
augmentation. En janvier 2015, seul un très faible
A3DM magazine
n°3 23
INDUSTRIE
Usine « intelligente »
Technologie
Big-Data
Énergie
Intégration
de multiples composants
et algorithmes pour
atteindre des niveaux
d’automatisation
plus élevés.
Traitement de volumes
importants de données
complexes et multiples
pour des prises
de décisions
plus efficaces.
Amélioration
de la gestion des
énergies de l’entreprise
(humaines et matérielles)
pour des gains
de performances
et de productivités.
Enfin, un niveau élevé de sécurité des réseaux et
de l’information à travers l’UE est essentiel pour
assurer la confiance des consommateurs et soutenir l’économie en ligne. La cybersécurité signifie la
résilience cybernétique en augmentant les capacités, la préparation, la coopération, l’échange d’informations et la sensibilisation dans le domaine
de la sécurité des réseaux et de l’information,
pour les secteurs publics et privés, ainsi qu’aux
niveaux national et européen. Pour réduire la
cybercriminalité, il est nécessaire de renforcer
Objets
connectés
Acquisition de données
de consommateurs et des
processus de l’entreprise
par une série de capteurs,
matériels et objets
en vue de perspectives
d’applications
sans précédent.
l’expertise des personnes chargées d’enquêter, en
adoptant une approche plus coordonnée entre
les services répressifs dans l’UE et en renforçant
la coopération avec d’autres acteurs. L’élaboration
d’une politique de défense informatique de l’UE
implique de favoriser les ressources industrielles
et technologiques nécessaires pour bénéficier
d’un marché numérique unique et de préconiser
l’application du droit international existant dans
le cyberespace.
Notes
1 – Lire l’article « La Commission européenne – un soutien de poids » paru dans A3DM Magazine n° 1 en janvier 2016 ou sur le site Internet
http://www.a3dm-magazine.fr/la-commission-europeenne-un-soutien-de-poids/.
2 - La première révolution industrielle était basée sur la mécanisation entraînée par la puissance de la vapeur. La seconde, menée
par la puissance électrique, a conduit à la production de masse. Tandis que la troisième est basée sur l’automatisation de la production,
activée par l’électronique et l’informatique. Enfin, la quatrième révolution industrielle (« Industrie 4.0 ») est entraînée par l’Internet,
et plus précisément par cette combinaison spécifique des mondes virtuels et réels, aussi appelé « Internet des objets ».
3 - L’Internet des objets (IdO) vise à fusionner les mondes physiques et virtuels créant des « environnements intelligents » et permettant d’améliorer
la vie des citoyens. Il représente la prochaine étape vers la numérisation de notre société et de l’économie dans laquelle les objets et les personnes
seront reliés entre eux par le biais de réseaux de communication. L’IdO peut également offrir des avantages économiques pour l’Europe.
Selon une récente étude de la Commission européenne, la valeur de marché de l’IdO dans l’UE devrait dépasser 1 billion d’euros en 2020.
4 - http://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/ch/Documents/manufacturing/ch-en-manufacturing-industry-4-0-24102014.pdf
5 - Enterprise Resource Planning, http://www.gartner.com/it-glossary/enterprise-resource-planning-erp/
6 - Manufacturing Execution Systems, http://www.businessdictionary.com/definition/manufacturing-execution-system-MES.html
7 - Product Life Cycle Management, http://www.productlifecycle-management.info/
24
A3DM magazine
n°3
Rapide. Fiable.
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LES ÉCHOS DE L’AFPR
ASSISES
EUROPÉENNES
DE LA FABRICATION ADDITIVE
Les Assises européennes
de la fabrication additive (AEFA),
organisées par l’Association française
du prototypage rapide et de la fabrication
additive (AFPR), auront lieu du 21
au 23 juin 2016 à CentraleSupélec
sur le site de Châtenay-Malabry.
Par Alain Bernard, Professeur des Universités à l’École
centrale de Nantes, vice-président de l’AFPR.
L
es 22e Assises européennes de la fabrication additive vont être l’occasion de faire
le point sur certaines avancées récentes
dans divers domaines. En effet, la fabrication additive est au cœur des processus technologiques et
aujourd’hui, la vision systémique qu’il faut considérer prévaut : mise en œuvre des matériaux, mise
en œuvre des machines avec une réelle productivité en maîtrisant la qualité, mise en place de
processus technologiques complets, génération et
maîtrise de l’information dans un référentiel global, mesure et contrôle au service des processus et
des objets produits, sécurité et santé des opérateurs, et bien d’autres sujets.
Pourquoi est-ce aussi important ? Rien de très original si l’on se réfère aux principes de création de
valeur appliqués dans les chaînes de valeur. Nous
sommes bien dans le cadre d’un processus qui va
de l’idée au produit délivré conforme, en ajoutant
des capacités à suivre le cycle de vie des objets fabriqués. Ce cycle de vie est de durée très variable
en fonction des produits concernés. Certains produits ont des durées de présence sur le marché de
l’ordre de quelques semaines et d’autres y restent
plusieurs décennies. Cela pose donc le problème
de maîtriser ce cycle de vie avec des orientations
et des indicateurs de performance qui, eux non
plus, ne sont pas très originaux – coût, qualité, délai – et cela tout au long de ce cycle de vie. Ainsi,
il est capital de maîtriser la robustesse, tant numérique que technologique, des processus intégrant
la fabrication additive mis en œuvre pour concevoir des pièces possédant des caractéristiques et
26
A3DM magazine
n°3
des propriétés très diverses, des sous-ensembles fonctionnels, des
outillages, et pour réparer ceux-ci.
Le marché se développant à grande vitesse, il est important que
chaque maillon des chaînes tant numériques que technologiques
soit maîtrisé et exploité en utilisant le potentiel total que propose
la fabrication additive, le tout dans des conditions de santé et de
sécurité totalement maîtrisées :
• liberté des formes ;
• choix de matériaux très divers, aux caractéristiques variées
et variables appliquées aux mêmes objets fabriqués
et en fonction des conditions d’environnement ;
• rationalisation et utilisation de la matière au regard
des conditions d’utilisation des objets produits ;
• intégration de fonctions ;
• diminution de masse ;
• ajustement des performances au juste nécessaire ;
• raffinement des caractéristiques des objets produits par l’utilisation
judicieuse de techniques de finition et de parachèvement.
Tout ceci montre à quel point la fabrication additive vient compléter
sans concurrencer totalement l’ensemble des savoirs traditionnels
qui font la force et le potentiel de production. Aussi, il est important
de définir et de spécifier de manière opérationnelle les compétences
nouvelles dont les acteurs auront besoin afin de permettre un positionnement clair des compétences humaines dans l’ensemble du système productif.
Tous ces sujets feront l’objet de présentations et d’échanges lors
des prochaines Assises européennes de la fabrication additive. Nous
espérons que cet événement donnera entière satisfaction aux participants et que des projets et dynamiques nouvelles verront le jour,
comme cela a été le cas lors des éditions précédentes.
Le morphing évoque une transformation
spatiale d’un objet par l’apport
sépcifique d’énergie comme une création
émergeant d’un métal liquide,
tel le robot T-1000 de Terminator.
Du 3D à la matière reprogrammable 4D
CAO – Optimisation topologique – Simulation
Le « morphing » ou matière programmable évoque une
transformation spatiale d’un objet par l’apport spécifique
d’énergie quelles que soient sa forme et sa nature, par
exemple une machine capable d’imprimer en 3D des créations comme si elles émergeaient d’un métal liquide (comme
le robot T-1000 de Terminator 2). À partir d’une forme donnée, facile à réaliser, on choisit un système matériau réactif / procédé pour qu’elle devienne par programmation et
ciblage spatial d’un apport d’énergie une forme correspondant à une fonctionnalité spatiale et/ou temporelle.
L’AFPR organise, en collaboration avec le centre R&D DINCCS
de MICADO, une session dédiée à la conception et la simulation numérique pour la fabrication additive.
La vision initiale de l’ingénieur (application du système KIS
pour Keep It Simple) a été de faire « simple », avec les outils / matériaux à sa disposition. À partir de procédés encore
« rustiques », il est capable de fabriquer des pièces en matière inerte, dans des domaines très variés. Le procédé utilisant de la lumière breveté en 1984 reposait sur la connaissance des coordonnées de l’objet à créer, mémorisées dans
un ordinateur pilotant des miroirs galvanométriques, et l’ordonnancement du déplacement de la lumière pour transformer une résine en un solide par polymérisation d’une
couche, « voxel » après « voxel ». L’ajout d’une deuxième
couche, puis d’une troisième, etc., permet de créer ainsi la
pièce comme le fait un maçon pour construire un mur. Cette
base sert (encore) de concept fondateur aux technologies
de fabrication additive. Mais elle est en train de se fissurer.
Certains se préoccupent d’inventer des dispositifs qui
peuvent changer le cours des choses sur des bases de robotique collective ou de fabrication additive 4D, de bio printing (créer du vivant 3D avec des aspects évidents en termes
de réparation d’organes, voire de recherche de l’immortalité
ou d’autres visions), etc. Comment, en France, trente-deux
ans après le premier brevet qui a été abandonné, quelquesuns p,t-ils décidé de revenir un peu aux fondamentaux pour
tenter de valider ou de rejeter quelques idées iconoclastes
scientifiquement et pour rejouer autrement, en acceptant
des impasses, une ancienne partition, mais avec de nouveaux concepts ?
L’objet de l’exposé sera bien sûr de présenter les futures évolutions de la fabrication additive, de parler des technologies
4D qui sont encore à construire, dont certaines sont extraordinaires et porteuses de futur technologique, mais aussi de voir
quelles sont les limites épistémologiques lourdes associées à
ces nouveaux enjeux empreints de complexité (systèmes dynamiques non-linéaires) et fortement interdisciplinaires.
De la même manière que les procédés de fabrication « classiques », la fabrication additive doit intégrer la chaîne numérique comme colonne vertébrale de son processus global.
Il est en effet nécessaire de modéliser en 3D les produits à
imprimer, d’anticiper les problèmes de fabrication, d’optimiser la matière utilisée, de simuler le procédé en lui-même.
Outre les avantages connus d’une bonne gestion de la
chaîne numérique, la fabrication additive, encore en phase
de maturation d’un point de vue de l’industrialisation,
donne l’opportunité de travailler sur les méthodologies numériques pour permettre une intégration intelligente sans
être polluée par un historique trop pesant. Le procédé de
fabrication additive remet en cause les modèles numériques
utilisés pour les procédés de fabrication classiques (fonderie,
forge, commande numérique). On peut ainsi légitimement
se poser la question de la pérennité de l’approche constructive actuellement utilisée dans les outils de CAO dans le
cadre de la fabrication additive. Les algorithmes d’optimisation de forme viennent sur ce sujet bousculer les lignes.
Les formes modélisées, notamment organiques, deviennent
ainsi grâce à la fabrication additive « fabricables », ce qui
ouvre un nouvel espace de conception souvent difficile à intégrer dans les processus de conception actuels. Les travaux
sur la mise en place de nouveaux modèles en CAO (déformations de formes globales, T-Splines) offrent des solutions
de modélisation 3D dédiée à la fabrication additive. Ajoutons à toutes ces problématiques la nécessité de modéliser
la connaissance des différents procédés pour permettre une
intégration cohérente dans la chaîne numérique.
L’objectif de la session est d’échanger sur tous ces sujets au
travers d’interventions d’experts renommés qui viennent
exposer l’état de leur recherche ou encore montrer des cas
concrets.
Texte de Nicolas Gardan
Texte de Jean-Claude André
A3DM magazine
n°3 27
Qualité, hygiène, sécurité et environnement
Heavy Metal, une nouvelle génération
de guitares imprimées en 3D
La guitare Heavy Metal, imprimée en 3D en aluminium, a été conçue pour explorer les possibilités infinies de la fabrication additive métallique
et pour mieux comprendre toutes les subtilités de
cette technique : de la conception à l’impression
réelle de la guitare, au traitement final du produit
pour transformer l’objet métallique imprimé par
une machine en un chef-d’œuvre. La conception
de cette guitare est délibérément complexe pour
pouvoir vraiment pousser les limites de la fabrication additive en métal.
La guitare, conçue par Olaf Diegel, devait pour ce
projet être suffisamment complexe pour être géométriquement impossible à fabriquer en utilisant
des méthodes classiques. Elle devait également
symboliser une réflexion sur la beauté intrinsèque
du matériel utilisé. La conception a commencé
avec un design inspiré d’une Fender Telecaster,
probablement le design le plus iconique dans
l’histoire de la guitare. Le côté extérieur de la guitare Heavy Metal est en style marchepied diamant
et le corps est bâti en fils barbelés entrecroisés
(avec les pointes barbelées gardées à l’écart du
joueur). Ces deux détails de conception rappellent
la dureté du métal. Pour adoucir cette dureté et
apporter de la poésie, des roses ont été ajoutées à
l’intérieur de la guitare.
Le corps entier a été imprimé par Xilloc, en Hollande, en une seule pièce en aluminium AlSi10Mg,
avec une imprimante additive métallique EOS
M 400. Le post-traitement du corps métallique
imprimé en 3D a été réalisé par Olaf Diegel pour
créer un mode d’apprentissage pour l’enlèvement
de matériau de support en aluminium, et pour
créer le post-traitement nécessaire pour obtenir
une guitare en aluminium avec une finition acceptable. Ce projet était surtout un exercice pour
mieux comprendre les possibilités de la conception pour la fabrication additive à partir de métal.
Un grand merci à l’équipe de Xilloc pour l’excellent travail qu’ils ont réalisé dans l’impression
du corps de la guitare !
Texte de Olaf Diegel
28
A3DM magazine
n°3
Ces dernières années, nous vous avions aborder les qualifications
médicales puis aéronautiques basées principalement sur l’analyse de
risque. Lors de récents symposiums, c’est suite à la dure réalité des
choses que sont réapparues les problématiques relatives à la sécurité
des personnels en considérant qu’il faut anticiper – pour éviter ce que
tout le monde redoute – « le principe de précaution ».
Ces quatre lettres, QHSE, sont un mode de fonctionnement généralisé
dans nos entreprises et je vous propose que nous en partagions les
bonnes pratiques tant pour les hommes, les produits que les moyens
de production.
Texte de Philippe Vannerot
Santé
Une session consacrée aux applications médicales de l’impression 3D
– « Avancées de la fabrication additive dans le domaine de la santé » –
aura lieu aux Assises européennes de la fabrication additive.
Le médical représente déjà le quart des applications de l’impression
3D. La session médicale des Assises européennes de la fabrication
additive, qui aura lieu le 23 juin à l’école CentraleSupélec à ChâtenayMalabry, reflète la diversité des applications actuelles et à venir dans
le domaine de la médecine. Qu’il s’agisse de prothèses destinées à réparer des tissus lésés ou à améliorer des fonctions déficientes, de modèles anatomiques réalistes ou d’outils pour guider les interventions,
l’impression 3D répond à la demande d’une chirurgie plus précise et
personnalisée. Cela se fait naturellement de pair avec l’évolution des
procédés d’impression 3D de plus en plus aboutis et utilisant des matériaux « métal », « polymère », « céramique », voire des cellules avec
la bio-impression, qui répondent au cahier des charges biologique.
Les différents intervenants de cette cession, venus de différents pays
d’Europe, présenteront les dernières évolutions dans ce domaine en
pleine expansion.
Texte de Didier Nimal
Les solutions 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes
pour la fabrication additive Lors de cette session, des solutions actuelles (utilisées en production)
et à venir (des solutions plus intégrées) de Dassault Systèmes pour
la fabrication additive et l’optimisation de topologie seront présentées. Ces technologies sont souvent associées bien qu’elles ne le soient
pas à priori : la fabrication additive permettant plus simplement (à
coût acceptable) de fabriquer les géométries (très organiques) proposées par l’optimisation de topologie.
Au-delà d’une conception mécanique qui change profondément, en
embarquant intimement la simulation pour proposer les meilleures
solutions fonctionnelles , il ne faut surtout pas oublier les contraintes
liées aux processus de fabrication additive. Ceux-ci sont très différents.
Il faut tenir compte du matériau utilisé mais aussi de la trajectoire du
laser ou de la buse. La simulation apporte un plus non négligeable
pour valider virtuellement la matière, la pièce et le processus de fabrication afin de maximiser le taux de réussite de la production… réelle.
22E ASSISES EUROPÉENNES
DE LA FABRICATION ADDITIVE (AEFA)
Philippe RIVIERE
10h05 - 10h30
Processus de qualification de pièce série pour le marché
aéronautique (Titre à confirmer)
Mazyar YOSOFI, Olivier KERBRAT, Pascal MOGNOL
11h - 11h25
Programme prévisionnel
Mardi
21 juin
Denis RODITI
Ouverture
9h - 9h15
9h30 - 12h30
9h30 - 10h15
Introduction générale
11h50 - 12h15
Alain BERNARD, vice-Président AFPR, Conférence Chairman
Keynotes
14h - 17h30
Du 3D à la matière reprogrammable 4D
Philippe VANNEROT
Design for AM: The key to the adoption of additive
manufacturing
Standardization : A growing standardization work
at International level : 16 ISO/ASTM working groups,
7 of which were created in 2016
European support to Additive Manufacturing projects
(titre en attente de confirmation)
12h40 - 13h
14h45 - 15h10
15h10 - 15h35
15h35 - 16h
16h30 - 16h55
16h55 - 17h20
Nicolas GARDAN (Chairman)
Le projet OptiFabAdd : point sur les premiers résultats
et perspectives
Grégoire ALLAIRE, Ch. DAPOGNY, A. FAURE, F. JOUVE
and G. MICHAILIDIS
On the mathematical modelling of some manufacturing
constraints in topology optimization of structures
8h55 - 9h15
Eujin PEI (Keynote)
4D Printing – a New Horizon for Design Futures
Investigating the effects of multiple powder re-use
cycles in AM
David JOUGUET, Lucas DEMBINSKI, Charles BERNAGE
DINAMIS (titre à confirmer)
Design for Additive Manufacturability by Multistation :
Conception, Simulation and control
Richard GAIGNON
16h30 - 16h55
Opticeram : l’innovation en ingénierie 3D de produits
céramique, solutions et applications
Session « Applications »
17h35 - 19h15
Benoit VERQUIN (Chairman)
détail en cours de finalisation
Christian LAVIGNE (Keynote)
19h15 - 19h45
Improving the workflow from design to production
of topological optimized parts by using additive
manufacturing
Avancées des Arts Numériques et Fabrication Additive
(titre à confirmer)
19h45 - 20h15
Remise des Trophées de l’AFPR 2016
Diego CANALES, Jose Vicente AGUADO, Francisco
CHINESTA
Model Reduction for Fast Simulation of Manufacturing
Processes Involving Trajectories
Place de l’optimisation topologique dans un processus
de conception pour la fabrication additive
Étude et réalisation d’une pince de robot de forge
en fabrication additive
Jeudi
23 juin
8h30 - 13h30
Session « Qualité, sécurité, environnement, économie »
Philippe VANNEROT (Chairman)
8h30 - 9h15
Grégory NOHLENS
Virginie ORSILA
11h-11h25
11h25 - 11h50
Maria AVEREYANOVA
12h15 - 12h40
Recherche de méthodes de routine pour caractériser les pièces
personnalisées réalisées en masse par fabrication additive
Implants et prothèses
9h40 - 10h05
11h50 - 12h15
Analyse comparative de la défectologie de pièces
fabriquées additivement par le procédé SLM
selon 3 stratégies de lasage
Paulo BARTOLO (Keynote)
9h15 - 9h40
Qualité, Hygiène, Sécurité, Environnement
pour la fabrication additive (titre à confirmer)
La sécurité au travail : quelles mesures prendre
Session « Avancées de la fabrication additive
dans le domaine de la santé »
Didier NIMAL (Chairman)
10h05 - 10h30
Floriane ZONGO, Anne-Françoise OBATON, Eric BAUSTERT
9h40 - 10h05
Eujin PEI (Chairman)
Simon VERMEIR
Gaëtan PECHET, Guillaume RUCKERT, François CORTIAL,
Matthieu PERRIN
9h15 - 9h40
Session « Solutions industrielles »
Arthur MEUNIER, Lucas REYES, Edouard LECONTE
16h05 - 16h30
Ontologie et outil d’aide à la décision en Fabrication Additive
Philipe VANNEROT (Keynote)
8h30 - 8h55
15h40 - 16h05
Alexandre SCHNEIDER
Mercredi
22 juin
8h30 - 12h15
Synthèse et Conclusion – Proposition de la création
de clubs utilisateurs par technologies et fournisseurs –
Une demande d’origine aéronautique (GIFAS) accessible
à tous les domaines
Lucy GAINGER
15h15 - 15h40
Procedural microstructures with controlled elasticity
Didier LINXE
17h45 - 18h10
14h30 - 15h15
Sylvain LEFEBVRE
Franck POURROY
17h20 - 17h45
14h30 - 16h30
Session « CAO – Optimisation topologique – Simulation »
Nicolas GARDAN (Keynote)
14h - 14h45
Étude de la micro coupe du Ti-6Al-4V élaboré
par procédé SLM
De la Fabrication Additive à la Métallurgie des poudres :
une solution novatrice pleine de perspectives
German ESTEBAN-MUNIZ (en attente de confirmation)
11h45 - 12h30
Gaël LE COZ, Marie FISCHER, Romain PIQUARD, Alain
D’ACUNTO, Pascal LAHEURTE, Daniel DUDZINSKI
Akram AL HUSSEIN
12h15 - 12h40
Catherine LUBINEAU
11h - 11h45
L’impression 3D, comment atteindre les cadences
industrielles ?
Jean-Claude ANDRÉ
Olaf DIEGEL
10h15 - 11h
11h25 - 11h50
Georges TAILLANDIER, Président AFPR
Bernard YANNOU, Directeur LGI, CentraleSupélec
9h15 - 9h30
Inventaire et modélisation des flux d’énergie
et de matière d’un procédé de fabrication additive
Didier NIMAL
Epithèses – Orthèses
Bertrand BUSSON
Thierry OQUIDAM
Modèles - Guides
Dr ENOULT et/ou Dr BACHELET
Dr Jean-Christophe BERNHARD
Bio-impression
12h40 - 13h05
Dr DALLY
13h05 - 13h30
Pr. Dominique FRANCO
14h30 - 15h30
15h30 - 17h
Session « Impression 3D pour tous »
Contenu en cours de finalisation
Session « Éducation / formation »
Benoit EYNARD (Chairman)
Contenu en cours de finalisation
A3DM magazine
n°3 29
DROIT
REGLEMENTATION
DE LA FABRICATION ADDITIVE
ET DE L’IMPRESSION 3D
Droit de propriété intellectuelle, brevets, standardisation
et certification, les questions portant sur la réglementation
de la fabrication additive ne sont pas closes. Des règles claires
à l’échelle internationale sont nécessaires pour le développement
de cette technologie. A3DM Magazine s’est interrogé
sur la réglementation de la fabrication additive, trente ans
après les premiers brevets.
Par Giorgio Magistrelli, expert en fabrication additive,
gestionnaire d’entreprise et de projets.
L
orsque la fabrication additive était encore appelée « prototypage rapide », les
développements technologiques ont été
la source d’une importante littérature. Les projets d’innovation et les résultats des recherches
ainsi que les analyses industrielles ont fourni du
contenu et des évaluations quotidiennes, dans
le monde entier, stimulant le « hype cycle of 3D
printing ». Un tel battage médiatique a souvent
donné l’illusion que l’impression 3D était une
technologie plug-and-play qui pourrait permettre
de tout fabriquer, partout et à un coût moindre.
Cependant, la fabrication additive – bien que présentant de nombreux avantages – n’a pas encore
levé toutes les barrières. Ses principaux avantages
30
A3DM magazine
n°3
sont la personnalisation de masse, la réduction de production de
déchets, des coûts de transport plus faibles, l’amélioration de l’innovation et de la créativité, la fabrication sur demande, la livraison
« juste à temps », mais aussi la possibilité de remplacer les pièces
de rechange de manière efficace et pratique. Des inconvénients
peuvent être indiqués dans la rare applicabilité à la production de
masse en raison du coût plus élevé et d’une vitesse de production
plus faible par rapport à la fabrication traditionnelle, la nécessité
d’un traitement de surface, un accès encore difficile aux applications
de la technologie, le manque de ressources humaines qualifiées, des
matériaux limités (en comparaison à la fabrication traditionnelle)
aux coûts élevés. Cette littérature technique, cependant, n’a pas été
suivie par celles portant sur les questions réglementaires qui pourraient être rencontrées par les applications liées à la fabrication
additive.
DROIT
Hype cycle pour l’impression 3D
Source : Gartner (Juillet 2015)
Espérance
Impression 3D dans la chaîne
d’approvisionnement
Impression 3D pour les dispositifs médicaux
Impression 3D industrielle
Impression 3D dans les opérations de fabrication
Impression 3D par les particuliers
Bio-impression pour la recherche
en science de la vie
Vente d’objets 3D en magasin
Impression 3D
pour le prototypage
Impression 3D en classe
Impression 3D de prothèses
de hanche et de genou
Impression 3D pour le pétrole et le gaz
Système de bio-impression
pour la transplantation d’organes
Scanners 3D
Impression 3D
d’appareils auditifs
Logiciel de création d’impression 3D
Impression 3D macro
Service d’impression 3D bureaux
Protection de la propriété
intellectuelle (impression 3D)
Impression 3D d’entreprise
Impression 3D d’appareils dentaires
Impression 3D de biens
de consommation
Innovation
Pic
d’attente
Creux de désillusion
Espoir de l’illumination
Niveau de productivité
Niveau sera atteint en :
moins de 2 ans
de 2 à 5 ans
de 5 à 10 ans plus de 10 ans
obsolète avant
d’atteindre le niveau
Nécessités légales et réglementaires
pour la fabrication additive
Pour développer la fabrication additive sur la
durée et permettre une application étendue à de
nouveaux secteurs, des règles claires sont nécessaires. Par exemple, il n’existe pas d’indications
précises sur les licences et les droits de propriété
intellectuelle liés aux produits, mais aussi concernant la responsabilité pour les produits imprimés. Qui est responsable en cas de défaillance ou
de problème ? Le titulaire ? Le concepteur ? Les
fabricants du système ? L’utilisateur final de ce
système ? Les fournisseurs de matériaux ? Ou les
distributeurs du produit final ? D’autres questions
cruciales portent sur la normalisation et la certification. De nombreux acteurs sont constamment
impliqués dans l’amélioration de l’environnement
réglementaire et ce domaine avance pas à pas.
Propriété intellectuelle et fabrication
additive
La propriété intellectuelle joue un rôle majeur
dans le développement économique et des systèmes de productions modernes. Les droits de
propriété intellectuelle (DPI) sont l’une des questions les plus controversées dans la discussion sur
la fabrication additive. Tandis que la communauté
des utilisateurs d’imprimantes 3D considère les
DPI comme une série de règlements qui protège
les intérêts des grandes entreprises, ces dernières
voient, parfois, la fabrication additive et l’impression 3D comme un outil potentiel pour le piratage
des designs et des produits.
La propriété intellectuelle est un pilier important
pour le développement de l’innovation industrielle. Il devient crucial de trouver un juste équilibre entre la protection des idées fondées sur
les droits exclusifs et le droit d’utiliser librement
et de commercialiser. Un système de DPI efficace
est donc essentiel pour la poursuite du développement de la recherche et de la coopération à
l’innovation. Et, dans ce domaine, l’Europe est à
la traîne. Actuellement, les pays de l’UE possèdent
peu de brevets liés à la fabrication additive. Les
États-Unis mènent la course avec 946 brevets
contre 146 pour l’Allemagne, premier pays européen et à la cinquième place mondiale derrière,
respectivement, le Japon, la Chine et la Corée du
Sud. Concernant les sociétés, derrière l’américaine
3D Systems et Stratasys (Israël), la première entreprise européenne est Materialise – basée en Belgique – avec 22 brevets. Les principaux acteurs,
possesseurs de brevets, proviennent du secteur
industriel. Selon le rapport Wohlers de 2014, en
2013, les trois quarts des brevets délivrés provenaient de sociétés, 10 % des universités, 10 % des
acteurs individuels, et 6% des laboratoires à but
non lucratif.
A3DM magazine
n°3 31
DROIT
Le système européen actuel des DPI peut être amélioré, en particulier sur les coûts des brevets. En Europe, ces derniers sont toujours plus élevés que dans
le reste du monde, représentant un lourd fardeau
financier pour les start-up et les petites entreprises.
De plus, leurs temps d’approbation par l’Office européen des brevets (OEB) sont également plus longs
que ceux requis par l’Office des brevets du Japon
(JPO) ou l’Office des brevets des États-Unis (USPTO).
L’activation des droits de propriété intellectuelle
inutilisés est un autre défi majeur. Les ventes aux
enchères des DPI et la création de fonds de brevets
(tels que ceux de la Deutsche Bank et Credit Suisse)
qui achètent la propriété intellectuelle des universités et des
entreprises représentent un
La propriété
développement
intéressant.
intellectuelle joue
Certaines grandes entreprises
ont également commencé à se
un rôle majeur dans
concentrer sur l’activation des
le développement
DPI inutilisés, comme Microéconomique.
soft, qui a créé des entreprises
de DPI avec des start-up, et la
néerlandaise TNO, qui a ouvert
son portefeuille DPI aux start-up et aux PME. Un
autre développement digne d’être mentionné est
l’émergence de collaborations précompétitives à
grande échelle dans laquelle les modèles des DPI
prédéfinis sont utilisés pour protéger la propriété
intellectuelle des technologies.
Dans notre analyse, en prenant en considération
que tous les opérateurs doivent tenir compte du
droit en raison des caractéristiques transfrontalières de la fabrication additive, nous nous sommes
principalement concentrés sur les droits d’auteur,
les marques et les brevets.
Le droit d’auteur
Le concept de droit d’auteur s’applique à une création intellectuelle enregistrée et qui existe comme
une œuvre littéraire, artistique ou musicale, ou
comme un film, des enregistrements sonores ou
des arrangements typographiques. Il donne des
droits spécifiques à l’auteur, interdit les actions
non autorisées et permet au propriétaire d’initier
une action judiciaire contre les cas de contrefaçon
ou de plagiat. Le droit d’auteur est – en général,
avec quelques exceptions spécifiques – un droit
protégé automatiquement et à l’international.
Dans le cas de l’impression 3D et de la fabrication
additive, le point critique se situe sur la base de
données de fichiers numériques CAO pouvant être
partagés via Internet, dans des circonstances semblables à celles que les films et les producteurs ont
32
A3DM magazine
n°3
connues. Une caractéristique clé du droit d’auteur
est qu’il est difficile, voire impossible que deux
personnes ou entités produisent une même création intellectuelle en même temps.
Marques
Une marque peut être un nom, un mot, un slogan, une conception, un symbole ou un autre
dispositif unique qui identifient un produit ou
une organisation. Elle est enregistrée au niveau
national ou international auprès d’un organisme
gouvernemental désigné. L’enregistrement peut
prendre entre six et dix-huit mois et la protège,
généralement dans le pays où elle est déposée.
Cependant, au sein de l’Union européenne, il
existe maintenant une marque communautaire
(Community Trade Mark – CTM) qui apporte une
protection dans tous les pays de l’UE. En outre, le
système de Madrid offre une facilité à présenter
des demandes de marques de commerce dans de
nombreux pays en même temps. Les marques déposées peuvent être identifiées par l’abréviation
« TM » ou le symbole « ® ». Il est, évidemment,
illégal d’utiliser ces symboles ou de déclarer avoir
reçu l’approbation lorsque la procédure d’enregistrement est en cours et qu’elle n’est pas encore
finalisée. Aux États-Unis, il existe une différenciation entre les marques utilisées pour des produits
et celles utilisées pour des services, avec une classification appelée « services de marques », bien que
ceux-ci reçoivent la même protection juridique.
Les lois de protection des marques punissent généralement les impressions 3D à des fins commerciales, mais permettent aux particuliers un usage
privé des produits ou des fichiers de CAO. Une
perspective différente pourrait être représentée
par des plateformes de partage, même si dans ce
cas aussi la discrimination des fins commerciales
devrait être appliquée.
DROIT
Brevets
DPI : la voie à suivre
Les brevets sont appliqués aux procédés industriels
et aux inventions pour les protéger, durant une
période de temps limitée, contre la mise en œuvre
non autorisée de l’invention. Cette dernière est
définie, par un produit ou un processus, comme
une solution à un problème technique spécifique.
Les brevets sont des concessions accordées par les
gouvernements nationaux qui donnent aux propriétaires un droit exclusif d’utilisation de vente ou
de fabrication. Comme les marques, ils sont enregistrés au niveau national ou international auprès
d’un organisme nommé par le gouvernement. Les
brevets prennent généralement deux à trois ans
pour être accordés.
Certaines interventions politiques et législatives,
en soutien aux start-up et aux petites entreprises,
pourraient réduire les coûts de la protection de
la propriété intellectuelle (comme la réduction
des frais d’entrée) et les délais de délivrance de
brevets. Parallèlement, de nouvelles réglementations devraient saisir le secteur de la fabrication
additive dans sa capacité à distribuer les données
techniques et les fichiers (CAO). Cependant, aussi
longtemps que les DPI liés à la fabrication additive
ne seront pas entièrement définis, ce (nouveau)
potentiel ne pourra pas être utilisé. Le cadre législatif et réglementaire doit être réexaminé avec
une attention particulière pour les nouvelles technologies et l’innovation.
Le développement des technologies de l’information et de la communication (TIC) met en péril la
protection des brevets. Les infractions indirectes
et par des tiers pourraient devenir de plus en plus
fréquentes. Dans cet article, nous évitons intentionnellement d’évaluer les possibilités liées à
l’expiration de brevets de fabrication additive, qui
feront l’objet d’une analyse future.
Droits de conception
Les droits de conception peuvent être considérés
à la fois comme des droits d’auteur et de conception. Ils peuvent être enregistrés d’une manière
similaire aux brevets, mais ils sont assez difficiles à
protéger, surtout en Europe.
A3DM magazine
n°3 33
DROIT
Standardisation et certification
Selon une récente étude du Centre commun de
recherche (CCR, Joint Research Centre), « les standards sont très importants car ils fournissent des
exigences, des spécifications, des lignes directrices
ou des caractéristiques qui peuvent être utilisées
pour veiller à ce que les matériaux, les produits,
les processus et les services soient adaptés à leur
usage. Ils contribuent à éliminer les obstacles
techniques, conduisent à de nouveaux marchés et
profitent à la croissance économique. Ils facilitent
également le transfert de technologie et contribuent à assurer la sécurité des produits, affectant
ainsi la vie quotidienne des citoyens ». En général,
les objectifs de la standardisation sont de promouvoir la qualité des produits, des procédés et des
services pour l’amélioration de la qualité de vie, la
sécurité, la santé et la protection de l’environnement, ainsi que pour une meilleure utilisation des
matériaux, de l’énergie et des ressources humaines
dans la production. La standardisation permet
une communication claire et sans ambiguïté entre
tous les partis intéressés. Elle est inscrite dans des
documents juridiques afin de promouvoir le commerce international par l’élimination des barrières
créées par les différences nationales.
L’utilisation des technologies de fabrication additive à des fins industrielles devrait donc se concentrer sur l’application cohérente et la répétabilité,
pour garantir un développement généralisé. Tous
les éléments de la chaîne de valeur (en tant que
matériaux, équipements et procédés) doivent être
qualifiés et certifiés à plusieurs reprises pour obtenir la fabrication de pièces de haute qualité. Le
manque de standardisation des matériaux, des
procédés et des produits rend difficile la fabrication de ces pièces. L’élaboration de standards pour
la qualification et la certification est compliquée
en raison des nombreux matériaux, machines et
34
A3DM magazine
n°3
procédés. Un déploiement accru de ces technologies nécessitera l’élaboration de normes pour
faciliter la certification de tous les matériaux, machines, procédés et produits.
La normalisation
Les principaux organismes de normalisation, actifs
dans le monde de la fabrication additive, et leurs
comités techniques (TC) sont l’ASTM (American
Society of the International Association for Testing
and Materials – F42), l’Organisation internationale
de normalisation (ISO – TC 261) et le Comité européen de normalisation (CEN rapproché avec le CENELEC – TC 438). Parallèlement, de nombreux organismes nationaux (ONN) couvrent le secteur de la
fabrication additive, comme l’Association française
de normalisation (AFNOR) en France avec le comité
UNM 920, le VDI en Allemagne avec le comité GPL
sur la production et la logistique, l’AENOR en Espagne avec le comité AEN/CTN 116, le SIS en Suède
avec le comité SIS/TK 563 ou le BSI au Royaume-Uni
avec le comité AMT/8. Dans la fabrication additive,
à la différence d’autres secteurs où la concurrence
est plus marquée, ces principaux organismes de
normalisation travaillent en coordination pour atteindre l’objectif commun d’adopter un ensemble
de normes pouvant être utilisées à l’échelle mondiale. Actuellement, l’ASTM F42 a conclu un accord
de coopération avec l’ISO TC 261 sur l’adoption de
normes communes. Le CEN TC 438 évalue les normes
existantes au niveau d’ISO TC 261 qui pourraient
être adoptées en Europe. Une structure commune
définit plusieurs niveaux de normes : les normes générales (concepts généraux spécifiques et exigences
communes), la catégorie des normes (exigences
spécifiques à traiter ou catégories de matériaux) et
les normes spécialisées (exigences spécifiques à un
matériau, processus ou application spécifique).
DROIT
Le Comité européen (CE) a financé le projet de
l’UE pour l’« Action de soutien de la standardisation dans la fabrication additive » (SASAM). Une
feuille de route pour les activités de standardisation coordonne un groupe de plus de 122 intervenants de l’industrie du secteur, dont une majorité
d’Européens. Ces intervenants ont indiqué la nécessité et le type de normes à élaborer en fonction
des catégories comme la conception, les besoins
industriels, la qualité des pièces fabriquées, la sécurité (règlements) et l’éducation.
Standardisation : la voie à suivre
En finançant le projet SASAM, l’Europe, à travers
le CEN/TC 438 et sa coopération avec l’ISO TC 261
et l’ASTM F42, a montré son soutien au développement de normes dans le secteur de la fabrication additive. L’accord de Vienne entre l’ISO et le
CEN permet également l’approbation de normes
européennes et internationales, sur la base d’une
seule version préliminaire.
Les technologies de fabrication additive sont interdisciplinaires. Certains matériaux, méthodes
d’essai et propriétés définis, ainsi que certaines
étapes du processus et de préparation des données sont similaires à d’autres procédés industriels.
Par conséquent, il est nécessaire d’évaluer comment connecter les activités de standardisation en
fabrication additive avec d’autres ISO/TC et CEN/
TC. L’industrie, les organismes de normalisation et
les parties prenantes se concentrent sur l’objectif
de parvenir à un développement de normes communes dans le secteur en :
• renforçant la coordination entre les comités
techniques (TC) des organismes de standardisation spécialisés dans la fabrication additive :
ASTM F42, ISO TC 261 et CEN CENELEC TC 438 ;
• évitant les activités parallèles et donc le risque
de perdre des experts ;
• menant des actions de sensibilisation auprès des
entreprises de machines-outils, des associations
nationales et des parties prenantes ;
• soutenant davantage l’engagement de l’industrie dans l’ISO/TC261, le CEN CENELEC et l’ASTM
pour recueillir les contributions des parties prenantes en termes d’exigences de standardisation et de certifications ;
• élaborant des processus visant à accroître la certification des pièces produites par fabrication
additive ;
• élaborant des techniques avancées d’inspection
et contrôle de la qualité ;
• élaborant des méthodes pour prévenir ou corriger les défauts du produit.
• développant des systèmes de qualité couvrant
l’ensemble de la chaîne de fabrication ;
• évaluant les standards déjà approuvés et existants dans différents secteurs et qui pourraient
être étendus à la fabrication additive.
Règlements médicaux
Les questions de réglementation sont une préoccupation majeure de tous les secteurs d’application,
et particulièrement pour le secteur médical. Nous
présenterons la situation particulière de ce secteur
dans le prochain numéro d’A3DM Magazine, tout
en analysant l’impact de la fabrication additive sur
le développement de l’industrie médicale.
LIENS UTILES
Institut national de la propriété industrielle (INPI)
http://www.inpi.fr
Bureau de la propriété intellectuelle (BDPI)
http://www.droitsdauteur.culture.gouv.fr/index-pla.htm
Organisation mondiale de la propriété intellectuelle
http://www.wipo.int/portal/index.html.en
US Patent Office
www.uspto.gov
Office de la propriété intellectuelle (UK)
www.ipo.gov.uk
Office européen des brevets
www.european-patent-office.org
Irish Patent Office
www.patentsoffice.ie
American Society of the International Association
for Testing and Materials
http://www.astm.org/COMMITTEE/F42.htm
Organisme international de normalisation
http://www.iso.org/iso/fr/standards_development/technical_committees/other_bodies/iso_technical_committee.
htm?commid=629086
Comité européen de normalisation
https://standards.cen.eu/dyn/www/f?p=204:7:0::::FSP_
ORG_ID:1961493&cs=1725A335494BA95FA4CC9FE85A6F
6B4B1
A3DM magazine
n°3 35
DROIT
LA MOUSTACHE, UN CAS DE PROPRIÉTÉ
Chess with Mustaches est une œuvre originale inspirée
des travaux de Marcel Duchamp.
Peu de monde, en particulier en France, ignore qui est Marcel Duchamp et son œuvre la « Joconde avec moustaches »
(L.H.O.O.Q). L’artiste a également créé un jeu d’échecs,
œuvre moins connue. En 2014, aux États-Unis, des artistes
de fabrication 3D, Scott Kildall et Bryan Cera, ont produit
des pièces d’échecs imprimées en 3D et représentant les
sculptures de Marcel Duchamp. Les modèles numériques
ont été téléchargés, gratuitement, sur le site de partage de
fichiers Thingiverse sous le titre Readymake. Rapidement,
les artistes ont reçu une lettre d’avertissement de la Fondation Duchamp citant une violation du droit d’auteur. La
fondation se fondant sur le droit français existant depuis
1923 (Droit d’auteur de la France), a obligé les artistes à
supprimer leurs fichiers. Scott Kildall et Bryan Cera ont été
contraints de retirer leur travail du Web. En 2015, ils ont
imprimé en 3D un nouveau projet intitulé Chess with Mustaches, répondant ainsi à la succession Duchamp. Cette
œuvre est une réplique du jeu de Marcel Duchamp, mais
avec de petites moustaches ajoutées à chaque pièce. Les
artistes « ont l’espoir que ce projet amène les personnes à
parler des connexions entre la propriété intellectuelle, les
œuvres d’art, l’impression 3D et l’Internet ».
http://kildall.com/project/chess-with-mustaches/
36
A3DM magazine
n°3
45
OC TOBRE
2016
LY O N - E U R E X P O
Ce document est édité par
FRANCE
L E S E U L S A LO N B TO B E N F R A N C E
EXCLUSIVEMENT DÉDIÉ À LA FABRICATION ADDITIVE
3dprint-exhibition.com
LOGICIEL
FABRICATION
ADDITIVE
DU FICHIER À L’OBJET
Lors du processus de conception d’un produit, avant même l’étape
de fabrication, il faut transformer son idée en fichier numérique
3D. La question du choix logiciel se pose et chacun, fort de son
expérience, vous recommandera une solution plutôt qu’une autre.
A3DM Magazine vous propose les clés pour vous aider à faire
un choix dans le paysage des logiciels de CAO.
Par Florian Berthelot, responsable CAO/3D chez F3DF, Formation 3D France.
L
a fabrication additive part de l’utilisation d’un fichier en trois dimensions (3D).
Avant le stade de fabrication par processus additif de couches successives de
matériau, la possession d’un fichier numérique 3D est essentielle. Pour obtenir
ce fichier, plusieurs possibilités s’offrent à vous :
38
A3DM magazine
n°3
LOGICIEL
• l’acquisition d’un fichier par numérisation 3D
ou scan 3D : cette opération consiste à passer
de l’objet à un fichier 3D à l’aide d’un scanner
(quelle que soit la technologie du scanner : photogrammètrie, lumière structurée, laser...) ;
• le téléchargement d’un fichier : de nombreuses
plateformes de téléchargement sur Internet
permettent de se procurer des fichiers 3D. Vous
trouverez des plateformes généralistes comme
Grabcad, Traceparts, ou dédiées à l’impression
3D comme Thingiverse, Cults, myminifactory ;
• la modélisation ou conception assistée par ordinateur (CAO) : elle comprend l’ensemble des
logiciels utilisés pour concevoir des produits
simples mais aussi des assemblages complexes.
Aujourd’hui, il existe de nombreuses solutions
logicielles. Et il n’est pas toujours facile de s’y
retrouver, dans ce panorama. Sur quels critères
choisir votre logiciel CAO ? A3DM Magazine vous
propose plusieurs éléments de réponse.
Les deux grandes approches
de la modélisation
Les logiciels de CAO permettent la conception de
pièces, d’assemblages et de mises en plan. Ils intègrent aujourd’hui des fonctions annexes comme
: la simulation, la génération de programme d’usinage, le rendu, etc. On y retrouve deux approches.
La modélisation 3D paramétrique est aussi nommée modélisation à base de fonctions ou features
based modeling, en anglais. Il s’agit d’une approche de conception technique et fonctionnelle.
Les logiciels de CAO paramétrique se distinguent
par la présence d’un historique de conception reprenant l’ensemble des opérations de l’utilisateur
appelées fonctions : extrusion, révolution, chanfrein, lissage, etc. La simplicité des modifications
et les répercutions sur l’ensemble des modèles,
des plus simples au plus complexes, sont des avantages incontestables.
La modélisation 3D directe ou direct modeling,
en anglais, est une approche plus créative offrant
d’avantage de liberté dans la conception. On se
détache de l’historique de modélisation paramétrique pour se concentrer sur la création.
La vision du projet
De nombreux logiciels de CAO vous permettront de
réaliser des projets de qualité. Votre choix portera
sur différents critères de sélection. Quelques questions sont à se poser avant de choisir ce logiciel.
Le budget que vous engagerez dans l’achat de
votre logiciel vous aidera à définir ce dernier.
Plusieurs critères jouent sur leur prix : l’achat de
licence, la maintenance et la formation. Lors de
l’achat d’un logiciel, vous devez tenir compte du
type de licence qui vous est proposé. Il existe trois
catégories de licences :
• les achats de licences initiales : on parle également de licences « perpétuelles ». Les acheteurs
font l’acquisition d’un logiciel pour une durée
indéterminée. L’achat représente un coût fixe,
mais il faut anticiper un budget supplémentaire
pour les mises à jour à venir ;
La modélisation est une étape indispensable,
souvent négligée au profit des machines et matériaux.
A3DM magazine
n°3 39
LOGICIEL
• les licences mensualisées ou annualisées : les éditeurs proposent
d’accéder au logiciel ou à la suite de logiciels pendant la durée de
l’abonnement. Vous bénéficiez automatiquement des mises à jour.
Ce principe se généralise. Il devient le business model des éditeurs ;
• les licences gratuites : il s’agit la plupart du temps de logiciels propriétaires mis à disposition gratuitement par des éditeurs. Dans
certains cas, il peut s’agir d’une limite dans le temps ou dans les
fonctions.
Les logiciels de CAO sont, comme la fabrication additive, des technologies pointues. Ils sont régulièrement réactualisés et nécessitent
d’être associés à du matériel performant. Ainsi, lors de l’achat de
votre logiciel, vous devrez prendre en compte les performances de
votre ordinateur et anticiper les possibles changements de version
des logiciels ainsi que la maintenance que nécessite votre station de
travail.
Enfin, il n’est pas forcément facile de concevoir un objet, même assisté par ordinateur. Selon le procédé de fabrication additive utilisé,
certaines règles sont à respecter. Par exemple, la notion de supports
doit être maîtrisée dès la conception. Le designer doit traquer les
plafonds horizontaux, les arêtes ou sommets qui naissent dans le
vide, les marges dont l’angle d’inclinaison est inférieur à un certain
degré (voir l’article « Fabrication additive – les nouveaux défis des
concepteurs en mécanique », dans A3DM Magazine n°1 ou sur le
site Internet : www.a3dm-magazine.fr). Ainsi, en fonction de vos
connaissances et de votre expérience, une formation peut être nécessaire pour une utilisation optimale des logiciels et pour ne pas
avoir de mauvaises surprises lors de l’étape de fabrication.
Enfin, d’autres critères sont à prendre en compte
lors votre achat. Voici une liste non exhaustive
d’exemples qui peuvent influencer vos choix :
• la taille de la structure ;
• le nombre de personnes affiliées au projet ;
• votre mobilité ;
• le type de fichiers exigé par le client ;
• l’interopérabilité.
La modélisation est une étape indispensable.
Elle est souvent négligée au profit des machines,
matériaux et autres opportunités du marché de
l’impression 3D.
Le choix d’un logiciel est un équilibre entre les
exigences du projet, les ressources matérielles
et fincancières et les compétences et profils des
acteurs du projet. La formaion de concepteurs et
de modélisateurs compétents est un des défis des
centres de formation.
Vos besoins sont aussi essentiels dans le choix de votre logiciel. Le niveau de complexité des conceptions que vous souhaitez créer et vos critères de production doivent être, de préférence, bien ciblés en amont
pour vous orienter au mieux lors de la sélection de votre logiciel.
Pour la fabrication
additive, la notion
de supports doit
être maîtrisée
dès la conception.
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A3DM magazine
n°3
LOGICIEL
Logiciels de CAO
Parmi le vaste choix de logiciels de CAO qui vous
seront proposés, A3DM Magazine vous propose
une première sélection.
SolidWorks de la société Dassault Systèmes
Racheté en 1997 par Dassault Systèmes,
ce logiciel est l’un des plus vendus, en France,
mais touche aussi un public dans le monde
avec plus de 469 000 licences. SolidWorks est
un logiciel très utilisé dans la formation initiale.
Il s’est, entre autres, implanté dans le secteur
de l’enseignement.
Principales utilisations : mécanique industrielle.
Prix : à partir de 6 500 €.
Inventor d’Autodesk
Le logiciel phare de CAO, édité par Autodesk,
est le grand frère d’AutoCad. Il permet de réaliser
des conceptions 3D.
Principales utilisations : mécanique industrielle.
CATIA de Dassault Systèmes
Développé par Dassault Systèmes pour ses propres
besoins, le logiciel CATIA est extrêmement
puissant. Il est particulièrement adapté pour
des conceptions et assemblages complexes.
Principales utilisations : aéronautique,
automobile, défense.
Prix : prendre contact avec un commercial
de la société.
PTC Creo
Le logiciel de CAO PTC Creo, anciennement
nommé Pro/Engineer, peut être complété par
de nombreux modules « métiers spécifiques ».
SpaceClaim
Le logiciel de CAO SpaceClaim est édité
par la société SpaceClaim.
Prix : à partir de 3 000 $ (environ 2 600 €).
Fusion 360
Le logiciel Fusion 360 intègre des designs
et ingénieries dans une solution Cloud.
Disponible sur toutes les plateformes :
ordinateurs et tablettes.
Prix : gratuit pour les start-up et en abonnement
à 282 € / an.
HyperWorks 14.0
Le logiciel de CAO HyperWorks est édité
par la société Altair.
de la société.
FreeCad
FreeCad est un ogiciel de CAO open source
et multiplateforme, orienté en génie mécanique
et design de produit.
Prix : gratuit.
Openscad
OpenSCAD est un logiciel de CAO open
source, qui à la particularité de fonctionner
par la rédaction de script de modélisation.
Prix : gratuit.
Prix : à partir de 5 000 €
Solid Edge
Le logiciel de modélisation paramétrique Solid
Edge est édité par Siemens PLM.
Prix : entre 130 € et 530 € / mois / poste.
NX
NX est un logiciel de conception assistée par
ordinateur (CAO) développé par Siemens PLM
Software (anciennement Unigraphics Solutions).
de la société.
TopSolid
TopSolid est un logiciel de CAO français édité
par la société Missler Software.
A3DM magazine
n°3 41
RENCONTRE
Formation
De nouveaux enjeux
universitaires
La formation est devenue un enjeu essentiel pour le développement de la fabrication additive. Aujourd’hui, les formations
proposées sont principalement intra- ou interprofessionnelles.
Elles concernent un public de professionnels plutôt que des
étudiants scientifiques ou techniques. Elles ne durent, généralement, que quelques jours, ce qui ne permet pas forcément de
traiter toute la chaîne de production. A3DM Magazine est parti
à la rencontre d’acteurs souhaitant faire bouger les frontières
dans ce domaine. Benoît Eynard est enseignant-chercheur et
directeur général du groupement AIP-PRIMECA. Il enseigne
des modules autour de l’usine du futur et est directement en
contact avec les bouleversements provoqués par la fabrication
additive. Stéphane Bruzaud est professeur des universités. Il
est également responsable du diplôme « Impression 3D » à
l’Université Bretagne-Sud.
Propos recueillis par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
42
A3DM magazine
n°3
RENCONTRE
Benoît Eynard
Groupement d’intérêt scientifique AIP-PRIMECA
Les recherches du groupement d’intérêt scientifique (GIS) AIPPRIMECA portent sur l’usine du futur et les secteurs mécanique
et productique. Ces travaux concernent toute la chaîne de
production, du prototypage à la réalisation de pièces finies : la
conception, la fabrication intégrée, la fabrication additive, mais
aussi l’automatisation, la robotisation des chaînes de production, la
maintenance et l’organisation industrielle, les chaînes numériques
de conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO) et
tous les systèmes d’informations d’entreprises au sens large. Ce
groupement universitaire regroupe des acteurs de l’enseignement
supérieur, des universités, des écoles d’ingénieurs et des diplômes
universitaires de technologie (D.U.T.), de bac + 2 au doctorat.
Les transformations issues du développement de la fabrication
additive sont au cœur de l’enseignement. Rencontre avec Benoît
Eynard, le directeur général.
Benoît Eynard est également enseignant-chercheur à
l’université de technologie de Compiègne au sein de
laquelle il a occupé différentes fonctions : directeur du
département génie mécanique et génie industriel mais
aussi directeur des relations industrielles. Actuellement,
il conduit des sujets autour de l’industrie du futur.
Quels sont les enjeux de la formation
pour la fabrication additive ?
L’un des principaux enjeux est l’introduction de ces
nouveaux procédés de fabrication dans les cursus de
nos étudiants. Nous allons devoir faire évoluer l’offre,
à la fois sur les fondamentaux théoriques : connaître
les matériaux, les procédés de fabrication, mais aussi
sur la mise en pratique. Comment allons-nous concevoir des pièces produites avec ces technologies ?
Quelle gestion des modèles 3D allons-nous mettre en
place ? Comment passerons-nous du modèle 3D numérique au modèle 3D physique ? Etc. Pour répondre
à ces questions, il faudra revoir nos cursus de formation pour élargir les champs d’application. La fabrication additive amène de nouvelles possibilités. Il faut
donc compléter notre offre de formation.
Il est important de créer des liens entre le monde de
la formation et le monde de l’entreprise. Mon expérience dans une université de technologie me montre
qu’il s’agit d’une des clés de la réussite de ces formations universitaires, en France. Cependant, même à
notre échelon, nous remarquons une insuffisance de
dialogues entre ces deux univers. Nous devrons être
capables de développer, plus encore, ce lien, que ce
soit à des niveaux pré-bac ou post-bac. Nous travaillons donc sur ce dialogue. Par exemple, avec la Fédération de la plasturgie et des matériaux composites,
nous poussons au développement et à la construction
de référentiels. Ces sujets sont développés avec des
personnes de l’éducation nationale mais aussi de l’enseignement supérieur et de la recherche.
A3DM magazine
n°3 43
RENCONTRE
On entend justement parler d’un institut national
pour fédérer les professionnels et l’enseignement
scolaire…
La création d’un institut national serait un point de référence sur le sujet. Il faciliterait certainement la dynamique. Mais cet institut trouverait-il sa place dans un
paysage où de nombreux acteurs sont déjà installés ?
Comment fonctionneraient ensemble toutes ces entités
? Si un institut de ce type voyait le jour, nous devrions
imaginer et construire un nouveau fonctionnement.
Aujourd’hui, nous observons principalement
des formations intra- ou interprofessionnelles
dans les secteurs liés à la fabrication additive.
Mais où en sommes-nous concernant la formation
continue scolaire ou universitaire ?
Les offres de formation continue commencent à émerger, que ce soit dans les lycées, dans l’enseignement technologique et professionnel, mais aussi dans les écoles
d’ingénieurs. Par exemple, l’ENSAM (Écoles Nationale
Supérieure d’Arts et Métiers) ou les écoles des Mines
ont développé leurs offres. Cependant, nous sommes à
l’émergence de ces formations. Structurer le paysage va
prendre du temps. Et il faudra s’assurer d’une base d’enseignement et de formation proposée solide et concrète.
44
A3DM magazine
n°3
La chaîne de production de valeur est vaste
et complexe. Les étapes principales sont
la conception de modèles numériques,
la préparation de la fabrication, la mise en œuvre
de la machine avec une connaissance dans
les matériaux et les procédés, les traitements
qui vont permettre les finitions, auxquelles
on pourrait ajouter le contrôle des pièces.
Une filière peut-elle répondre à tout cela ?
Les parcours ingénieurs seront, plutôt, spécialisés,
par exemple en bureaux d’études, en numérisation
3D dédiée à la fabrication additive, etc. Ce seront des
évolutions des cursus existants qui devront être complétés par des modules dédiés à la fabrication additive, que ce soit sur les matériaux ou sur les procédés
de fabrication. Aux niveaux bac + 2, bac + 3, les entreprises peuvent avoir des besoins plus spécifiques,
comme des étudiants suivant un cursus de génie des
matériaux pour leur apporter l’expertise qui leur fait
défaut. Les formations devront répondre aux besoins,
notamment en sortie des lycées ou section de BTS.
RENCONTRE
STEPHANE BRUZAUD
Université Bretagne-sud
L’université Bretagne-Sud, accompagnée de ses partenaires –
l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), anciennement, le
Laboratoire d’Ingénierie des Matériaux de Bretagne (LIMATB), celui
des Sciences et Techniques de l’Information, de la Communication
et de la Connaissance (Lab-STICC), le CREAFAB de Lorient ainsi que
le plateau technique ComposiTIC – a ouvert la première formation
continue universitaire dédiée à l’impression 3D. Rencontre avec
Stéphane Bruzaud, responsable de ce diplôme d’université.
Stéphane Bruzaud est professeur à l’université Bretagne-Sud. Directeur scientifique et responsable des
recherches, il travaille notamment sur l’élaboration
de matériaux nanocomposites, sur la durabilité de
matériaux plastiques et sur les matériaux d’origine
renouvelable.
Comment est né le diplôme « Impression 3D »
à l’Université Bretagne-Sud ?
Ce diplôme est issu d’un partenariat avec un Fablab
de Lorient. Le responsable de ce dernier est intervenu
dans une formation initiale portant, essentiellement,
sur l’impression 3D. Les étudiants se sont montrés
très réceptifs à cette technologie. Du coup, il m’est
venu l’idée d’une formation spécifique à l’impression
3D abordant tous les champs de compétences nécessaires pour l’utiliser, de la partie « logiciels » jusqu’à la
partie « finition », en passant par le fonctionnement
de la machine et des matériaux. Mon idée était de
concevoir une formation transversale pour laquelle le
format du D.U. (diplôme universitaire) se prêtait bien.
L’université a décidé de se lancer dans ce projet sous
une formation continue.
L’ensemble de la chaîne de production
pour la fabrication additive est très complexe.
Comment arrivez-vous à intégrer tous
les niveaux : la conception de modèles
numériques, la fabrication, la connaissance
des matériaux, le traitement final ?
Nous avons, à Lorient, un écosystème très favorable :
• avec des enseignants-chercheurs du l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL) pour ce qui est de la
connaissance des matériaux ;
• notre laboratoire des Sciences et Techniques de l’Information, de la Communication et de la Connaissance (Lab-STICC) pour l’aspect numérique, informatique et mécatronique ;
• ainsi que le laboratoire technique de la faculté des
sciences en relation avec le CREAFAB de Lorient
pour la pratique.
Nous arrivons ainsi à construire toute une chaîne de
compétences permettant de répondre à toutes ces
questions. Tout cela se trouve dans un environnement
géographique de un à deux kilomètres. Cet écosystème permet d’apporter toutes les compétences nécessaires.
Vous pouvez retrouver sur le site de l’université Bretagne-Sud la plaquette de présentation du diplôme
« Impression 3D ». Vous verrez que nous avons plusieurs modules : avec une partie « logiciel », une autre
« mécatronique », une partie plus expérimentale sur
les matériaux, une sur la conception, le prototypage
et la simulation du comportement mécanique et enfin un cinquième portant sur l’écosystème (voir encadré page 45). Ces cours magistraux et pratiques sont
dispensés par un personnel qualifié puisque la plupart
des enseignants-chercheurs travaillent à la pointe de
ce qui peut se faire dans ce secteur.
A3DM magazine
n°3 45
RENCONTRE
Concernant les matériaux et les procédés
enseignés, certains sont-ils privilégiés ?
Notre travail est plus orienté sur la partie « plastique »,
comme le procédé FDM (Fused Deposition Modeling,
dépôt de matière fondue) par exemple. Le plastique
fait partie de nos compétences de base. Nous traitons un panorama de tous les matériaux plastiques
qui sont imprimables mais, surtout, nous réalisons un
focus de trois heures sur les bioplastiques. Quels sont
les bioplastiques aujourd’hui disponibles sur le marché de l’impression 3D ? Quels sont ceux en voie de
développement ? Etc. Le bioplastique est au cœur de
l’activité du laboratoire.
Nous développons beaucoup de recherches autour
des bioplastiques. Nous souhaitons concevoir des nouveaux matériaux imprimables et renouvelables afin
de limiter l’utilisation de matériaux plastiques pétrochimiques tels que l’ABS, proposer des matériaux de
substitution plus vertueux sur le plan environnemental. L’impression 3D est une technologie qui risque de
générer une consommation de matières importante,
pour laquelle nous allons devoir nous poser la question de la fin de vie et de leur utilisation après. L’impression de matériaux biodégradables ou recyclables
peut être une réponse à ces problématiques.
Aujourd’hui, la plupart des formations sont interou intraprofessionnelles…
À ma connaissance, nous sommes la première formation universitaire autour de l’impression 3D. Il existe
des formations privées, des formations professionnelles, mais nous sommes le seul diplôme universitaire « Impression 3D ». La fabrication additive est
une discipline qui n’est pas forcément facile à aborder
sur un plan pédagogique. À l’université, nous développons des formations plus initiales, plus verticales
comme les logiciels ou les matériaux, mais il est difficile de coupler le tout : logiciel, mécatronique, matériaux.Pourtant, le format du D.U. s’y prête particulièrement bien. Il permet d’avoir une approche plus
transversale, très pluridisciplinaire. Nous apportons
les bases nécessaires aux étudiants pour appréhender
l’impression 3D. Ensuite, chaque étudiant peut choisir
tel ou tel axe selon ses problématiques, son projet ou
ses compétences. Le diplôme universitaire que nous
avons mis en place, je l’imaginais dans cet esprit : former des personnes polyvalentes dans l’impression 3D,
qui soient capables d’aborder des problématiques sur
la partie « logiciel », sur la partie « mécatronique »,
sur les matériaux ou sur une partie expérimentale et
ensuite, au sein des entreprises, développer une compétence spécifique. La spécialisation nécessite, néanmoins, d’avoir des compétences assez complètes sur
l’ensemble de la chaîne.
46
A3DM magazine
n°3
RENCONTRE
Un des problèmes aujourd’hui, autour de la formation à l’impression 3D, est que nous formons soit des
informaticiens, soit des mécaniciens, soit des polyméristes, mais personne qui n’ait réellement la vision
d’ensemble que nécessite cette technologie. Le format du D.U. permet justement de répondre à cette
problématique.
Pouvez-vous nous présenter le format du diplôme
« Impression 3D » ?
Il s’agit d’un format de 120 heures comprenant cinq
sessions de trois jours chacune, de décembre à avril.
Ce format nous a paru logique pour solliciter un public large sur un plan géographique. Il permet aux
candidats de se déplacer à Lorient uniquement trois
jours par mois, du lundi au mercredi. Par conséquent,
un public venant de toute la France s’est inscrit. Nous
avons également eu un candidat belge qui venait de
Bruxelles.
Pensez-vous, que dans quelques années,
nos collèges seront équipés d’imprimantes 3D
et que les élèves seront formés à la conception
de modèles numériques ?
Il existe actuellement des collèges équipés d’imprimantes 3D. Certaines machines ont des coûts relativement bas, par rapport à il y a quelques années. Aujourd’hui, des établissements scolaires peuvent donc
s’équiper d’imprimantes 3D. Je le vois aussi à travers
les étudiants de première S ou de terminale qui ont
des TPE (travaux personnels encadrés) à réaliser et me
sollicitent pour répondre à des questions ou pour imprimer deux ou trois objets à l’université. On sent bien
que cette génération est déjà fortement imprégnée
par cette technologie. Elle est friande d’informatique
et de technologie.
La région de Lorient semble être un pôle
qui bouge dans ce domaine.
Effectivement ! L’équipe et les laboratoires cherchent
à se positionner comme un pôle fort de l’impression
3D, aussi bien sur la partie R&D que sur la partie pédagogique. La création de ce diplôme universitaire en
est une illustration. Nous souhaiterions être reconnu
scomme un pôle de compétences de recherche et de
transfert autour de l’impression 3D.
DIPLÔME D’UNIVERSITÉ
« IMPRESSION 3D »
Programme de la formation
La formation de ce diplôme universitaire
est organisée autour de cinq modules :
Module « Logiciels pour fabrication numérique »
• Conception de pièces
• Paramétrage de la machine
Module « Mécatronique de la machine
imprimante 3D »
• Micrologiciels
• Electronique de commande
• Motorisation
• Éléments fonctionnels
Module « Matériaux pour impression
et technologies d’impression »
• Panorama sur les matériaux
• Physico-chimie des matériaux
• Rhéologie
• Fabrication d’un consommable
Module « Pièces 3D : conception, prototypage
et simulation du comportement mécanique »
• Utilisation et maintenance de la machine
• Caractérisation mécanique et structurale des
pièces
• Échanges thermiques dans les procédés
• Penser et concevoir en impression 3D
Module « Écosystème de l’impression 3D »
• Place de l’impression 3D dans le paysage
scientifique et industriel
Public visé
• Toute personne du milieu industriel :
chef de projet, cadre dirigeant, responsable
de production, responsable d’atelier, responsable
de bureau, technicien…
• Toute personne amenée à concevoir, modifier,
éditer des objets à produire en plus ou moins
grande quantité ou à produire des prototypes
industriels.
• Admission : toute personne titulaire d’un Bac + 2
dans le domaine scientifique ou sur dossier.
Contact
Tél. : 02 97 87 11 39
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A3DM magazine
n°3 47
PROJET R&D
LES ONDES
TÉRAHERTZ,
UNE ALTERNATIVE
PROMETTEUSE
AUX MÉTHODES
CLASSIQUES DE CND
L’un des principaux intérêts de la fabrication additive
(FA) relève de la possibilité de réaliser, d’un seul bloc,
des pièces de géométrie très complexe, irréalisables
sans assemblage ni soudure par des techniques
traditionnelles. En conséquence, l’inspection
de ces pièces ne peut plus se faire uniquement
avec des méthodes de contrôle non destructif (CND)
dites surfaciques. Il faudra avoir recours
à des méthodes dites volumiques.
Par Anne-Françoise Obaton du Laboratoire national
de métrologie et d’essais (LNE)
P
armi les méthodes volumiques utilisées classiquement et
permettant de détecter, localiser et caractériser des défauts,
figurent les contrôles suivants.
• Les courants de Foucault : la pièce sous test est excitée avec un flux
magnétique variable. Un détecteur permet d’observer les éventuelles perturbations du flux causées par un défaut ou un changement de milieu.
• Les ultrasons (US) : la pièce sous test est excitée par des ondes ultrasonores. Un traducteur ou une matrice de traducteurs (US multi
éléments) mesure la réflexion ou la diffraction (TOFD : Time of
flight diffraction) à l’interface avec un défaut ou un changement
de milieu.
• La thermographie : la pièce sous test est excitée avec un flux thermique. Un imageur ou une caméra thermique permet d’observer
les éventuelles perturbations causées par un défaut ou une différence de milieu dans la propagation de la chaleur.
48
A3DM magazine
n°3
• L’émission acoustique : la pièce sous test est
sollicitée naturellement en fonctionnement
par des contraintes mécaniques, thermiques
ou chimiques. Cela engendre la propagation
d’ondes acoustiques. La perturbation de ces
ondes causée par la présence d’un défaut ou
d’une différence de milieu sera mesurée avec
un maillage de capteurs piézo électriques.
• La radiographie : la pièce est excitée avec des
rayons X ou g. La présence d’un défaut ou une
différence de milieu atténue l’intensité des
rayons. Un détecteur (X) ou un film photographique (g) permet de visualiser cette atténuation en nuances de gris.
• La tomographie à rayons X : il s’agit de radiographies prises autour de la pièce sous différents angles de vue, suivies d’une phase purement mathématique qui consiste à reconstruire
numériquement la pièce dans un volume 3D.
Tomographie et ondes
électromagnétiques
En fabrication additive et particulièrement pour
certains procédés, vérifier la qualité d’une pièce
ne consiste pas uniquement à détecter, localiser
et caractériser des défauts éventuels. Il faut également contrôler que la géométrie et les cotes de la
pièce sont conformes au cahier des charges. Pour
ce faire, il faut comparer le dessin numérique initial de l’objet avec la pièce finale. À partir de mesures réalisées avec un scanner 3D ou une machine
à mesurer tridimensionnelle (MMT), nous pouvons comparer l’enveloppe externe de l’objet au
dessin numérique. Cependant, en toute rigueur,
il faut examiner l’ensemble de la pièce, les structures internes et externes. Les seules méthodes
qui permettent cette double inspection externe
et interne sont les méthodes d’imagerie 3D telle
que la tomographie X.
PROJET R&D
Toutefois, dans le spectre fréquentiel, d’autres ondes électromagnétiques sont présentes comme les ondes térahertz (figure 1). Ces ondes ont longtemps été délaissées
faute de solutions simples pour les générer et les détecter. Aujourd’hui, grâce au progrès de la micro électronique, les scientifiques sont capables de les produire et de les
détecter aisément.
1
Spectre des ondes électromagnétiques
Les ondes térahertz peuvent détecter, localiser et
caractériser des défauts par spectroscopie résolue
en temps. Mais elles peuvent également faire de
l’imagerie 3D par temps de vol ou par tomographie. Depuis une dizaine d’années, bon nombre
de chercheurs du monde entier travaillent sur les
ondes térahertz. Ces ondes possèdent des propriétés exceptionnelles, sans danger pour la santé et
avec un fort pouvoir pénétrant. Ces ondes mi-radio, mi-lumière, devraient bouleverser de nombreux secteurs d’activité : la médecine, le traitement de l’information, la chimie, l’astronomie, la
sécurité et le contrôle non destructif. L’équipe de
Patrick Mounaix, du Laboratoire de l’Intégration
du Matériau au Système (IMS), de l’université de
Bordeaux, a développé des moyens de mesure et
d’analyse dans ce domaine.
Des contrôles pour polymère
et céramique
Compte tenu de la bande fréquentielle des ondes
térahertz par rapport aux rayons X, il est utopique
d’obtenir des images d’égale résolution spatiale
(les longueurs d’ondes varient entre 75 µm et 3
mm). Par ailleurs, les ondes térahertz ne sont pas
appropriées pour sonder le métal et les matériaux
fortement conducteurs car elles sont écrantées.
Cependant, elles sont prometteuses pour les matériaux polymères et la céramique, qui comptent
parmi les matériaux les plus utilisés en fabrication additive. Les industriels qui ont adopté cette
technologie sont en quête de méthodes moins
onéreuses que la tomographie X pour qualifier
leurs pièces (détection de défauts, déformations,
dimensionnement de géométrie complexes). En
conséquence, en collaboration avec l’équipe La-
ser et terahertz Test Team de l’IMS, nous avons
entrepris d’explorer les possibilités de ces ondes
térahertz pour le contrôle en fabrication additive.
Notre investigation s’est tout d’abord portée sur
les polymères. Les résultats obtenus en tomographie sur des pièces en PEEK, PEKK et polyamide
12 ont été particulièrement concluants1. À l’heure
actuelle, nous nous intéressons à la céramique en
collaboration avec Richard Gaignon et Benjamin
Pradeau de la société limougeaude 3D Ceram.
Cette société conçoit depuis 2010 et commercialise depuis 2014 des machines de la catégorie
« photopolymérisation en cuve » (figure 2).
Machine Ceramaker
de 3D Ceram
2
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PROJET R&D
Leur technologie utilise le procédé FCP (Fast Ceramic Production) développé par le laboratoire du
CNRS Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) de Limoges. Ces machines
sont dédiées à la céramique : alumine, zircone,
hydroxyapatite, ATZ (Alumina Toughened Zirconia). 3D Ceram fabrique également des pièces et
développe les formulations de pâtes céramiques
composées de résine photosensible et de céramique
utilisées dans leur machine. Le principe de la fabrication consiste à construire la pièce, couche après
couche, par photopolymérisation de la résine avec
un laser UV (355 nm). En sortie machine, la pièce,
dite verte (composée de résine photosensible et
de céramique), subit un traitement thermique afin
de la délianter et de la fritter. Cette étape permet
d’éliminer la résine et de densifier la céramique à
100 %. Elle induit un rétrécissement géométrique
de la pièce de 17 à 20 % suivant le matériau, d’où
la nécessité de contrôler que les spécifications géométriques initiales de la pièce sont bien conservées.
Cette technologie intéresse particulièrement le luxe
pour la qualité de la texture des pièces « sortie machine », mais également le secteur médical pour les
propriétés d’ostéo-intégration de la céramique, et
naturellement d’autres secteurs industriels comme
celui de la microfluidique.
Spectrométrie térahertz de pièces
en zircone
Nous avons procédé à des mesures par spectrométrie
térahertz d’une de leurs pièces en zircone destinée
à des applications en microfluidique (figure 4A) en
collaboration avec Patrick Mounaix, Jean-Baptiste
Perraud et Hugo Balacey de l’IMS. Les mesures ont
été réalisées en transmission avec le spectromètre
térahertz TPS 3000 de TeraView (figure 3).
Les résultats permettent de visualiser clairement les canaux à l’intérieur de la pièce, de les inspecter et de les mesurer (figure 4C). On
observe la surpolymérisation en extrémité des canaux dans les zones
coudées. Cette interprétation est confortée par la comparaison avec
l’image optique de la pièce coupée en deux (figure 4B).
A
4
c
b
a) Ppièce en céramique de 3D
Ceram.
b) Image optique de la pièce
coupée en deux.
c) Image obtenue par spectro imagerie térahertz à l’IMS.
En conclusion, ces résultats mettent en exergue les perspectives de
contrôles que peuvent apporter les ondes térahertz pour les matériaux céramiques. Bien sûr, de nombreux efforts sont à réaliser
pour passer de la phase de laboratoire à la phase de transfert, mais
l’imagerie térahertz devrait se développer au cours de la prochaine
décennie. Les ondes térahertz sont bel et bien perçues comme une
source d’imagerie et d’analyse sans contact, porteuses d’applications en contrôles surfacique et volumique.
Patrick Mounaix
Directeur de Recherches / Senior Researcher
Laboratoire IMS - UMR 5218 CNRS - Groupe Nano - Équipe Laser
Université Bordeaux, Bat A31
351, Cours de la Libération - 33405 Talence Cedex - FRANCE
[email protected]
Richard Gaignon
Président / CEO de 3D Ceram
Tel : 05 55 04 10 90
[email protected]
A
Note
b
3
a) Spectromètre térahertz TPS 3000 de TeraView.
b) Montage expérimental du TPS 3000
pour les mesures en transmission.
50
A3DM magazine
n°3
1 - J.-B. Perraud, A.-F. Obaton, J. Bou-Sleiman, B. Recur,
H. Balacey, F. Darrack, J.-P. Guillet and P. Mounaix, “THz
imaging and tomography as efficient instruments for
testing polymer additive manufacturing objects”, Applied
Optics, Vol. 55, Issue 13, pp. 3462-3467 (2016). DOI:
10.1364/AO.55.003462.
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A3DM magazine n°3 - L`information spécialisée de la Fabrication

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