A3DM Magazine N°3 - L`information spécialisée de la Fabrication

Fabrication additive / Impression 3D / Prototypage rapide / Développement produit
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TECHNOLOGIE
La fabrication hybride
NORMALISATION
Standards et normes
des données imprimables
ÉVÉNEMENT
FABRICATION
ADDITIVE
ET ROBOTIQUE
www.a3dm-magazine.fr
N°5 Oct.-Nov. 2016 Gratuit
Bilan des Assises européennes
de la fabrication additifve
© Hamilton de Oliveira
#1
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Directeur de la publication – directeur de la publicité
Guillaume Mouhat [email protected]
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Rédacteur en chef
Gaëtan Lefèvre [email protected]
Tél. : 06 67 09 01 76
Rédaction
Alain Bernard, Nikolas Du Puy Dutour, Jérémie Farret,
Koen Huybrechts, Gaëtan Lefèvre, Giorgio Magistrelli
Correctrice
Astrid Rogge [email protected]
Tél. : 09 51 45 14 80
Source: EOS, Wittmann, Kuhn-Stoff, FormRise
Direction artistique
Melissa Chalot [email protected]
Tél. : 06 78 20 89 38
Fabrication
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- 24 : Stratasys - 27-28 : DR - 29 : DMG MORI - 30 : Hybrid Manufacturing
Technologies, Optomec - 32 : Olaf Diegel - 33 : Olaf Diegel, INRIA, ESI-ECN,
CTIF - 34 :DR - 35 : Höganäs, AFPR, Volum-e - 36 : 3D Systems - 37 : Llgeometry,
38 : 3D Systems - 39-41 : Llgeometry - 44-45 : Titan Robotics - 46 : Erpro &
Sprint - 48-50 : Quickparts/Thales
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.
Tous droits réservés France et étranger.
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La rédaction n’est pas responsable de la perte ou de
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PUBLIREDACTIONNEL
PRISMADD
UNE OFFRE D’IMPRESSION 3D
INDUSTRIELLE À L’ÉCHELLE
NATIONALE ET INTERNATIONALE
Spécialisée dans l’ALM ou l’impression 3D métal
et plastique, la société Prismadd accélère très fort
son développement avec quatre sites industriels sur
le territoire et un au Japon. L’idée est de proposer
sur chacun une offre intégrée conjuguant l’ALM
et l’usinage mécanique conventionnel sur les seules
surfaces utiles.
P
rismadd a démarré ses activités à Montauban, en octobre 2014, avec aujourd’hui
plusieurs machines ALM d’impression
métal et plastique. Depuis le parc machine s’est
étoffé avec la création d’une zone de production
série ALM. Prismadd jouxte l’atelier de mécanique de Farella. D’autres sites ALM sont en cours
de lancement avec l’appui de WeAre Aerospace
(anciennement Ace Aéronautique) qui regroupe
désormais quatre sociétés d’usinage associées
pour travailler avec le groupe Airbus : Farella à
Montauban, Armor Meca près de Dinan en Bretagne, Espace à Saint-Nazaire-Muret et CHATAL
à Herbignac. Prismadd ouvre un site chez Espace
à Saint-André des Eaux, chez Armor Meca et à
Grenoble avec OMG, un usineur local. Dès janvier
2016, Prismadd démarre la production dans une
filiale au Japon avec un partenaire usineur de
longue date. « L’avantage pour Airbus c’est l’assurance avec notre expérience d’avoir un dossier
de fabrication pour une pièce produite en ALM
conforme à toutes ces exigences », relate Pascal
Farella, PDG WeAre Aerospace. Il est à l’origine de
sa création, en octobre 2014, avec Philippe Rivière,
le président, suite à leur rencontre en juillet de la
même année. Ces deux ingénieurs Arts & Métiers
ont suscité un projet d’envergure internationale.
Dès l’an prochain, Prismadd devrait essaimer en
Amérique du Nord et en Espagne toujours en
s’adossant avec des industriels. Le contrat gagné
avec Airbus, en 2015, pour le programme A350, a
bien validé tout le travail de R&D de l’équipe et le
projet industriel. L’envol de Prismadd devrait mobiliser près de 25M d’euros d’investissement dans
les trois prochaines années dont une dizaine de
millions d’euros sur le site de Montauban. Cette
aventure industrielle s’appuie sur la puissance du groupe WeAre
Aerospace qui aligne 1 000 salariés pour un CA de 100 M d’euros
avec en perspective 300M d’euros, en 2020. Les premiers clients de
Prismadd proviennent des grands groupes de l’aéronautique, de
l’espace, de l’automobile, de l’armement, du naval… Les entreprises
et des grands bureaux d’études viennent à Montauban chercher
des compétences rares en co-développant les pièces avec Prismadd
dans un domaine neuf où l’innovation est à jet continu avec déjà
sept technologies différentes de fabrication. Prismadd prévoit d’employer une trentaine de personnes sur Montauban d’ici fin 2017 et
le double au sein du pôle ALM sur les différents sites. « C’est un
domaine passionnant, une rupture industrielle où l’on ne voit pas
encore les limites. »
Maîtriser toute la chaîne de valeur depuis la poudre
Prismadd souhaite maîtriser de A à Z la chaîne de valeur, en partant de
la poudre, la conception de la pièce, l’impression 3D, l’usinage complémentaire, les traitements de surface, l’assemblage et la finition (intégration verticale). Les poudres seront produites dans un bâtiment
dédié, dont la première torche plasma fragmentera des poudres de
600 à 800 microns à 5 à 40 microns. Avec la seconde tour, l’objectif est
de broyer des copeaux de titane récupérés et transformés en poudre.
Cette valorisation fait partie d’un projet national qui sera présenté à
BPIFrance. « En produisant nous-même une matière première chère
et rare qui sera de plus en plus demandée, nous pourrons garantir un
prix à nos clients », explique Pascal Farella.
La technologie avance très vite. Prismadd a embauché trois ingénieurs
thésards sous contrat Cifre dans le cadre de projet mené avec l’ENI
de Tarbes (ALM plastique), les Mines d’Albi (Métal) et l’université de
Saint-Quentin en région parisienne sur la conception et les matériaux.
ÉDITO
Chaîne de fabrication,
des combinaisons de technologies
L’histoire avance vite. À l’heure de l’industrie 4.0, les nouvelles technologies
naissent, évoluent, se multiplient et s’associent. Dans ce numéro d’A3DM
Magazine, nous avons décidé de traiter la place de la fabrication
additive au sein d’un ensemble d’autres technologies. La robotisation et
l’automatisation ont provoqué des changements au sein des chaînes de
fabrication. La fabrication additive, qui a également modifié les systèmes
de production, ne pouvait pas être pensée sans mise en relation avec ces
technologies. Leur combinaison pourrait permettre des approches de
fabrication inexplorées et l’obtention de résultats encore inimaginables.
Afin de combiner ces différents systèmes, des machines hybrides se
développent. Ainsi la fabrication additive est associée à des systèmes
plus traditionnels. A3DM Magazine s’est interrogé sur ces machines, leur
potentiel et les perspectives.
Toujours au cœur de l’actualité de la fabrication additive, les standards et
les normes, en constante évolution, nécessitent d’être réadaptés aux besoins
et aux exigences des utilisateurs. Nous abordions dans l’article « Vers une
alternative au format STL » au sein du numéro précédent la communication
des données imprimables (article en ligne sur le site www.a3dm-magazine.
fr). Les lecteurs assidus d’A3DM Magazine trouveront dans ce nouveau
numéro la suite de cette réflexion sur le codage de l’information numérique
permettant de piloter le processus matériel de fabrication.
Les vacances estivales ont également été marquées par des évènements
internationaux. Spécifiques à la fabrication additive, les Assises européennes
de la fabrication additive ont réuni de nombreux acteurs. Nous faisons le
bilan. Fan de sport ou non, il a été impossible de ne pas entendre parler des
Jeux olympiques qui se sont déroulés à Rio. A3DM Magazine a rencontré
quelques acteurs de l’ombre, concepteurs d’équipements de sport, utilisant
l’impression 3D. Bonne lecture !
Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
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de la fabrication additive.
Dossier
32 Bilan des Assises européennes
de la fabrication additive
Les Assises européennes de la fabrication additive
se sont déroulées à CentraleSupélec à la fin
du mois de juin 2016. Cette manifestation
a attiré de très nombreux participants et leur
a apporté des réponses à de nombreuses
questions scientifiques et technologiques
sur la fabrication additive et ses applications
dans de nombreux secteurs.
Normalisation
12 Fabrication additive et robotique –
L’histoire d’une (r)évolution
Associée à la troisième révolution industrielle,
la robotique est également un élément clé
de l’industrie 4.0. Son association avec
la fabrication additive pourrait ouvrir des portes
sur des voies encore inexplorées.
20 Fabrication additive
et automatisation industrielle
La fabrication additive a permis de repenser
des pièces permettant l’amélioration
de l’automatisation industrielle. Préhenseurs,
buses ou bols vibrants en sont des exemples.
36 Standards et normes des données
imprimables
Faisant suite à l’article Normalisation du numéro
précédent, « Vers une alternative au format
STL », celui-ci aborde le codage de l’information
numérique permettant de piloter le processus
matériel de fabrication. Une problématique
d’une brûlante actualité.
Technologie
Rencontre
43 L’impression 3D aux J.O. 2016 à Rio
À l’occasion des Jeux olympiques d’été à Rio,
A3DM Magazine s’est intéressé aux technologies
de fabrication additive dans le sport. Pour ces
rencontres internationales, plusieurs athlètes chez
les valides mais aussi en paralympique utilisent
l’impression 3D pour leur équipement. Rencontre
avec des acteurs de l’ombre.
Retour d’expérience
24 La fabrication hybride au-delà
de la fabrication additive
Malgré ses nombreux avantages, la fabrication
additive ne remplace pas la fabrication
traditionnelle. Plutôt que de penser en termes
de substitution d’une technologie à l’autre,
la combinaison des deux devrait être plus
rentable et plus productive. Les machines
hybrides répondront peut-être aux besoins futurs.
48 Sommes-nous au point de basculement
L’impression métallique directe (DMP ou « direct
metal printing ») progresse rapidement. Elle est
passée du stade du prototypage à la production
pour des applications critiques dans un domaine
où le risque n’est pas permis. 3D Systems et Thales
Alenia Space ont introduit le procédé DMP
dans la fabrication de composants aérospatiaux.
SOMMAIRE
Les échos de l’AFPR
News
NEWS
RECHERCHES
ET INNOVATIONS
L’impression 3D à mémoire de formes
Le MIT (Massachusetts Institute of Technology)
et l’université de technologie et du design de
Singapour travaillent sur l’impression 3D à
mémoire de formes en utilisant la lumière.
Appelée
microstéréolithographie,
cette
technique d’impression est extrêmement
précise, à l’échelle d’un micron, le diamètre
d’un cheveu humain. Les structures imprimées
pourraient se tordre, s’étirer, se plier… en
réponse à des stimuli environnementaux
comme la chaleur, la lumière ou l’électricité.
Cette technologie pourrait avoir plusieurs
utilités, comme le suivi de la chaleur pour des
panneaux solaires ou le déclenchement d’un
processus à une certaine température pour des
médicaments.
Selon l’ingénieur Qi Kevin Ge, cette technologie
pourrait être « l’impression 4D ».
Étude chirurgicale française en terre américaine
La société française AnatomikModeling vient de voir publier dans la revue
américaine de chirurgie plastique PRS Journal (Plastic and Reconstructive
Surgery) une étude menée sur 401 patients du CHU de Toulouse atteints
de Pectus Excavatum. L‘article « Correction of Pectus Excavatum by
custom - made silicone implants. Contribution of computer aided
design reconstruction: 20 years of experience and 401 cases » évoque
le traitement des Pectus Excavatum, grâce aux implants de silicone 3D
sur mesure réalisés par CFAO (Conception et Fabrication Assistée par
Ordinateur) et imprimés en 3D.
L’article publié conclut notamment que 80 % des patients ayant subi une
reconstruction via CAO ont été très satisfaits ou satisfaits. Les chirurgiens
qui signent cet article précisent qu’à moyen terme, cette technique
devrait rendre obsolètes les techniques remodelantes plus invasives telles
que Nuss ou Ravitch.
Partenariat Sonaca et Fives-Michelin Additive Solutions
Sonaca et Fives-Michelin Additive Solutions (FMAS) France
s’associent pour développer, fabriquer et commercialiser des pièces
en titane par impression 3D pour l’industrie aérospatiale.
Dans le cadre de ce partenariat, les sociétés planifient de produire,
dès 2017, des pièces d’aérostructure en titane certifiées, en recourant
à la génération la plus récente de technique de fusion par faisceau
laser, propriété de FMAS. Cette collaboration prévoit un transfert
de connaissance et l’installation de capacités de production chez
Sonaca SA afin de répondre au mieux aux demandes des clients.
8
A3DM magazine
n°5
98 % de gain de temps de production
Selon la société Stratasys, le concepteur français
d’ascenseurs, Sodimas, est parvenu à réduire de 98 %
le temps de production des pièces prototypes grâce à
l’intégration de solutions d’impression 3D dans sa ligne
de production. Le personnel du fabricant d’ascenseurs
travaille sur une imprimante 3D Fortus 450mc de
Stratasys, avec une large gamme de matériaux
thermoplastiques disponibles, dont l’ULTEM 9085.
NEWS
3e édition du 3D Print Lyon
Après deux éditions plébiscitées, le
salon 3D Print réouvre ses portes les
4 et 5 octobre 2016 à Lyon Eurexpo.
Cet évènement 100 % dédié à la
fabrication additive annonce avoir
doublé son nombre d’exposants et
sa surface.
L’impression 3D recrée des « Merveilles »
Stratasys a révélé, cet été, sa collaboration avec le
Millennium Gate Museum d’Atlanta pour redonner
vie à l’un des chefs-d’œuvre artistiques les plus rares
de la Grèce antique, en recourant à l’impression 3D.
En collaborant avec le 3DCenter de la Kennesaw
State University et en utilisant l’imprimante 3D
de production Fortus 900mc de Stratasys, l’équipe
inaugure une réplique quasiment identique, imprimée
en 3D, de l’une des Sept Merveilles du monde antique :
la statue de Zeus à Olympie. Par ses dimensions, ce
projet constitue l’une des plus importantes recréations
de pièce classique en impression 3D basée sur la
modélisation par dépôt de fil en fusion avancée.
45
OC TOBRE
2016
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90 TOP SPEAKERS
32 CONFÉRENCES
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NEWS
IMPRIMANTES
ET MATÉRIAUX
Système NEOS 800 de RP Support
La société anglaise RP Support, spécialisée dans
l’entretien de systèmes de stéréolithographie
(SLA), présente sa dernière imprimante 3D
utilisant la même technologie, la NEOS 800.
Comme son nom l’indique, cette machine
possède une plate-forme de fabrication de 800
x 800 mm. Pour le moment, peu d’informations
ont circulé. Le système sera présenté au TCT
Show à Birmingham, en Angleterre, à la fin du
mois de septembre.
Plus d’informations sur :
www.rpsupport.co.uk.
Nouveau système EOS M 400-4
EOS a présenté son dernier système de frittage laser direct de métal
(DMLS) hautement innovant à l’occasion du salon IMTS à Chicago, aux
États-Unis. Conçu pour les applications industrielles, ce système, « le plus
puissant et le plus rapide », selon la société, possède quatre lasers et un
volume de construction de 400 x 400 x 400 mm. Ce système s’appuie sur
la technologie EOS M 290.
Intégrée au système EOS M 400-4, la technologie brevetée EOS ClearFlow
de gestion des gaz de fabrication permet de distribuer ceux-ci de façon
intelligente afin d’éviter les interférences entre les lasers et les sousproduits du processus de fusion. De plus, un système de filtre à air recyclé
de qualité industrielle améliore les durées d‘utilisation et réduit les coûts.
Les matériaux EOS NickelAlloy HX et EOS MaragingSteel MS1 sont
utilisables sur cette machine. D‘autres matériaux et processus seront
disponibles prochainement.
Erratum – Machine Renishaw
Nous annoncions dans la rubrique News du numéro précédent un
projet de développement de système de fabrication additive chez
Renishaw, l’EVO Project. Non mise à jour, cette information est
erronée. La société a déjà lancé la fabrication et la commercialisation
de son système de fabrication additive industrielle. La machine en
question, la RenAM 500M, utilise la technologie d’impression 3D
de fusion séléctive par laser (SLM) pour la production de pièces
métalliques.
10
A3DM magazine
n°5
Nouvelle gamme de matériaux Covestro
La société Covestro, un leader mondial dans la
technologie des polymères, développe une gamme
complète de filaments, des poudres et des résines
liquides pour tous les systèmes d’impression 3D.
Parmi ces matériaux, vous trouverez un large choix
de filaments pour la technologie FFF, mais également
des poudres de TPU pour le frittage sélectif au laser
(SLS) et des résines pour la stéréolithographie (SLA).
NEWS
Imprimantes 3D Stratasys dernières générations
Fin août, avant le lancement public au IMTS 2016 à Chicago, aux
États-Unis, Stratasys a présenté deux imprimantes 3D qui vont
révolutionner la fabrication traditionnelle dans l’automobile,
l’aérospatiale et bien d’autres secteurs. L’Infinite-Build 3D
Demonstrator a été conçue pour la production de pièces de
taille illimitée, à vitesse 10x, mais aussi de pièces de rechange à
la demande. La Robotic-Composite 3D Demonstrator est une
imprimante 3D avec un mouvement à huit axes qui permet une
impression très précise, une solidité accrue, et réduit le recours à
des systèmes de support, qui diminuent la vitesse de production.
Nouvelle technologie MFP
X3D Group SAS, localisé à Lyon, en France, lance
en Europe une nouvelle technologie d’impression
3D nommée MFP (Micro Function Process) et une
gamme d’imprimantes 3D brevetée haute vitesse. Ce
procédé provient de l’industrie de la photographie,
où la technique brevetée de flashage était utilisée
pour imprimer des photos de très haute qualité à
vitesse maximale. Après deux ans de R&D, la source
lumineuse a été exportée dans le monde de la 3D afin
de permettre à la technologie SLA d’imprimer bien
plus rapidement. Le process réside dans l’exposition
de la source lumineuse de chaque couche du modèle
3D sur toute la surface du plateau de résine, traitant
toutes les parties simultanément. Cette technologie
fonctionne avec une gamme de matériaux PreciX, une
gamme de résines acryliques simulant les propriétés
générales du thermoplastique ABS.
BeAM améliore son procédé
Début juillet 2016, les sociétés BeAM, premier
constructeur européen de machines de
fabrication additive par dépôt de poudres
métalliques par laser, et GeonX, éditeur de
logiciels scientifiques et industriels de nouvelle
génération en fabrication virtuelle, ont signé
une alliance stratégique pour proposer une
offre « Simulation-Procédé-Machine ». Ce
partenariat consiste à intégrer l’usine virtuelle
Virfac® de GeonX dans les outils de conception
de BeAM pour produire mieux et plus vite. Cette
intégration fournit une avance technologique
supplémentaire aux deux partenaires. Ainsi,
BeAM accélère la mise au point du procédé,
avec une qualité optimale, en le simulant en
amont de la fabrication. Cela assure un gain
compétitif au profit du client final.
Découvrez la vidéo
de présentation.
Un filament FDM extrêmement résistant
La société Volumic 3D, dont nous avons présenté une imprimante
dans le premier numéro d’A3DM Magazine, vient de réaliser un test
impressionnant, celui d’imprimer un anneau en plastique capable de
résister à une charge de 1 450 kg. Cette pièce a été imprimée sur un modèle
Volumic Stream 20 avec un filament extrarésistant. La composition de ce
dernier reste secret, mais selon son fabricant TAG Plasturgie, il devrait
être bientôt commercialisé.
Découvrez la vidéo
de démonstration.
A3DM magazine
n°5 11
DOSSIER
FABRICATION ADDITIVE ET ROBOTIQUE
L’HISTOIRE D’UNE (R)ÉVOLUTION
Associée à la troisième révolution industrielle, la robotique
est également un élément clé de l’industrie 4.0. Son association
avec la fabrication additive pourrait ouvrir des portes sur des voies
encore inexplorées. A3DM Magazine s’est penché sur le sujet.
Par Giorgio Magistrelli, expert en fabrication additive,
gestionnaire d’entreprise et de projets.
L
a fabrication industrielle ne peut pas être séparée de l’émergence de l’industrie
4.0. Nous l’avons expliqué dans un article précédent que vous pouvez retrouver sur le site www.a3dm-magazine.fr. La première révolution industrielle était
basée sur la mécanisation entraînée par la puissance de la vapeur. La seconde a utilisé la
puissance électrique et a conduit à la production de masse, tandis que la troisième a été
basée sur la robotique et l’automatisation de la production, activée par l’électronique et
l’informatique. Dans ce dossier, nous allons analyser la manière dont la troisième révolution industrielle et l’industrie 4.0 (révolution menée par l’Internet, et plus précisément
par la combinaison des mondes virtuels et réels, aussi appelée « Internet des Objets ») se
combinent pour des résultats optimisés, en particulier si elles sont liées à la fabrication
additive.
12
A3DM magazine
n°5
DOSSIER
Robots, robotique et humains
Les robots, et l’automatisation, ont toujours stimulé la curiosité humaine et les arts, la littérature
et la philosophie. Horloges automatiques, statues
automotrices, cadrans solaires ont été créés par les
Grecs. Au milieu du 16e siècle, Léonard de Vinci a
déjà esquissé des plans pour un robot humanoïde.
Entre le 18e et le 20e siècle, de nombreux automates grandeur nature ont été inventés, comme
le célèbre canard mécanique réalisé par Jacques
de Vaucanson en 1738 pouvant battre des ailes
et avaler de la nourriture. Les horlogers suisses et
inventeurs de la montre-bracelet moderne, tels
que Pierre Jaquet-Droz et son fils Henri-Louis,
ont aussi marqué leur époque. Au cours du 19e
siècle, en 1801, Joseph Jacquard a créé un métier
à tisser automatique contrôlé avec des cartes perforées. Ces cartes ont également été utilisées au
siècle suivant comme une méthode d’entrée pour
certains des premiers ordinateurs du 20e siècle.
En 1898, Nikola Tesla construit un bateau robot
télécommandé au Madison Square Garden. Les
robots et l’automatisation n’ont cessé d’évoluer…
et aujourd’hui encore.
Le mot « robot » a été initialement utilisé pour
désigner « le travail forcé ou le serf » par l’écrivain
tchécoslovaque Karel Capek1. Ce mot a été utilisé
pour la première fois dans sa pièce de théâtre Les
Robots Universaux de Rossum (R. U. R. - Rossum’s
Universal Robots), qui a débuté à Prague en janvier 1921. Cette pièce a été un énorme succès dans
le monde entier et les robots, ces « humains mécaniques », connaissent leurs premières gloires.
2
Avec ses 15 centimètres
de hauteur, lilliput est
le premier jouet-robot.
Cependant, quelques années auparavant, en 1913,
les robots avaient déjà pénétré l’industrie manufacturière grâce à l’industriel Henry Ford. Cette
année-là, il introduit le déplacement des pièces sur
la ligne d’assemblage dans son usine de voitures.
Ainsi, la voiture Ford T (figure 1) est assemblée en
93 minutes. Un record ! De l’autre côté de l’océan,
en 1932, les Japonais créent le premier jouet-robot,
appelé le « Lilliput » (figure 2), fabriqué à partir de
fer blanc, mesurant 15 cm de hauteur et pouvant
marcher. En parallèle, Alan Turing2 – le génie anglais qui décrypta « Enigma » pendant la Seconde
Guerre mondiale – publie en 1937 son article « Sur
les nombres calculables » sur la notion d’hypercalcul, l’étape de la révolution de l’ordinateur. On
emploiera les termes de « machine de Turing ».
Le terme « robotique » fait également référence à «
l’étude et l’utilisation des robots ». Il n’a pas uniquement été créé à des fins scientifiques. Sa paternité
revient à Isaac Asimov, le célèbre écrivain de sciencefiction. Dans ses Histoires courtes, publiées en 1942,
celui-ci définit ainsi les « Trois lois de la robotique3 » :
1 – Un robot ne peut pas blesser un être humain,
ou, par son inaction, mettre un humain dans une
situation dangereuse.
2 – Un robot doit obéir aux ordres donnés par les
êtres humains, sauf si ces ordres sont en contradiction avec la première loi.
3 – Un robot doit protéger sa propre existence tant
que cette protection n’est pas incompatible avec la
première ou la deuxième loi.
1
En 1913, les robots
pénétraient l’industrie
manufacturière grâce
à l’industriel Henry Ford.
A3DM magazine
n°5 13
DOSSIER
Asimov ajoutera plus tard la « loi zero » à la liste
qui exige qu’ « un robot ne puisse pas nuire à l’humanité, ou, par son inaction, permettre à l’humanité d’être blessée ».
De 1950 à l’industrie 4.0
Les années 1950 représentent les premiers développements de l’intelligence artificielle. À cette
période, Alan Turing propose un test pour déterminer si une machine a vraiment le pouvoir de
penser par elle-même ou, plus précisément, si elle
possède la faculté d’imiter la conversation humaine. Le « test de Turing » consiste à mettre en
confrontation verbale un humain avec un ordinateur et un autre humain à l’aveugle. Si l’homme
qui engage les conversations n’est pas capable de
dire lequel de ses interlocuteurs est un ordinateur,
le logiciel de l’ordinateur a passé le test avec succès. En 1954, George Devol (figure 3) et Joseph
Engelberger concoivent le premier « bras » robotique programmable qui deviendra, plus tard, le
premier robot industriel, « Unimate », utilisé pour
l’exécution de tâches dangereuses et répétitives
sur une ligne d’assemblage de General Motors
(1962). Celui-ci lèvera des pièces chaudes de métal
à partir d’une machine de coulée sous pression et
les empilera. Le brevet de Devol pour ce bras robotique programmable à commande numérique
est reconnu comme le fondement de la robotique
moderne dans l’industrie. En Californie, l’hôpital Rancho Los Amigos développe un bras robotique pour aider les patients handicapés. Celui-ci
sera racheté par l’université de Stanford en 1963.
L’année suivante, IBM lance son « IBM System /
360 » considéré, à cette époque, comme l’ordinateur le plus puissant. Le « Stanford Arm », lancé
en 1969, a été désigné comme le premier bras robotique commandé par ordinateur électronique,
tandis que le premier robot mobile capable de
reconnaître son environnement, « Shakey », sera
construit en 1970 par le Stanford Research Institute (aujourd’hui SRI International4), combinant
des données de capteurs multiples.
Les années 1970 représentent l’entrée massive des
robots dans l’industrie. Les Britanniques Freddy et
Freddy II5 étaient des robots capables d’assembler des blocs de bois. La Kuka Robotics6, basée
en Allemagne, construit le premier robot industriel du monde, le « Famulus », possédant six axes
électromécaniques entraînés. Nous pouvons également citer le « Silver Arm », du nom de son inventeur, David Silver, capable de réaliser des mouvements semblables à ceux des mains humaines.
Dans les années 1980, naît un bras à quatre axes
capable de ramasser des pièces, de les déplacer
et les transférer dans une ligne d’assemblage, le
« SCARA » (Assemblée Sélective de Conformité
14
A3DM magazine
n°5
Bras Robotique). En 1981, Takeo Kanade7 crée le
premier « bras d’entraînement direct » contenant
des moteurs et permettant d’éliminer les longues transmissions. En 1986, Honda commence
son projet de recherche et de développement
pour la fabrication de robots capables d’interagir avec les humains. Trois ans plus tard, un robot
appelé « Genghis » entre en scène. Conçu avec
des méthodes de construction et l’aide de 4 microprocesseurs, 22 capteurs et 12 servomoteurs,
ce robot réputé bon marché devient célèbre.
3
La dernière décennie du 20e siècle a vu la production au MIT (Massachusetts Institute of Technology) du « RoboTuna », capable d’étudier la manière
dont les poissons nagent, mais également l’invention du docteur John Adler, le « Cyberknife », un
robot capable d’effectuer de la radiochirurgie
stéréotaxique, ce qui permet un traitement alternatif des tumeurs avec une précision chirurgicale
similaire à celle des chirurgiens. En 1996, Honda
présente son robot humanoïde P2. L’année suivante, c’est au tour d’IBM de lancer son ordinateur Deep Blue8. Ce dernier vaincra le champion
du monde d’échecs Garry Kasparov. À ce momentlà, sur Mars, le rover Sojourner9, un petit robot ne
pesant que 11 kg, sillonne la planète dans le cadre
de la mission « Mars Pathfinder » et planifie les
routes de navigation afin d’en étudier sa surface.
En 1999, Sony présente le AIBO10. En 2000, Honda
lance le résultat le plus avancé de son projet humanoïde, nommé « ASIMO11 », capable de courir,
de marcher, de communiquer avec les humains,
d’utiliser la reconnaissance faciale et d’interagir
avec son environnement. En octobre 2000, les Nations unies ont estimé qu’il y avait 742 500 robots
industriels dans le monde, plus de la moitié étant
utilisés au Japon12.
DOSSIER
Officiellement, qu’est-ce qu’un robot ?
L’impact sur la fabrication industrielle
Après toutes ces créations dans la robotique, il est devenu nécessaire
de définir officiellement le concept de « robot ». En 1995, la Commission économique des Nations unies pour l’Europe (CEE-ONU) et
la Fédération internationale de robotique13 se sont accordées sur
une définition de base de « robot de service » et une classification
a été validée par l’actuel comité technique ISO 184 / sous-comité 2,
conduisant à l’ISO-Standard 8373, en vigueur depuis 2012 et définissants divers robots comme suit.
Alors que l’automatisation a eu un fort impact sur
le remplacement de l’équipement au cours de la
troisième révolution industrielle, la quatrième nécessite que les machines déjà existantes ne soient
que partiellement remplacées, mais qu’elles
soient connectées avec d’autres équipements à
travers un système informatique.
Un « robot » est un mécanisme programmable actionné sur deux axes
ou plus, avec un degré d’autonomie et se déplaçant dans son environnement pour effectuer des tâches spécifiques. L’autonomie, dans ce
contexte, signifie la capacité d’effectuer des tâches prévues en fonction de l’état et de détection courant, sans intervention humaine.
Un « robot de service » est un robot qui effectue des tâches utiles
pour l’homme ou pour l’équipement à l’exclusion des applications
d’automatisation industrielle. Remarque : le classement d’un « robot » en « robot industriel » ou en « robot de service » est effectué
en fonction de l’application envisagée.
Un « robot de service personnel » ou un « robot de service pour
un usage personnel » est un robot de service utilisé pour une tâche
non-commerciale, généralement par des particuliers. Les exemples
sont : le « robot domestique » utilisé comme serviteur, un « fauteuil
roulant automatisé », le robot qui aide la mobilité personnelle et les
« robots animaux ».
Un « robot de service professionnel » ou un « robot de service pour
une utilisation professionnelle » est un robot de service utilisé pour
une tâche commerciale, habituellement exploité par un professionnel. Les exemples sont : le « robot de nettoyage » pour les lieux publics, de livraison dans les bureaux ou les hôpitaux, de lutte contre
l’incendie, de rééducation et de chirurgie dans les hôpitaux. Dans ce
contexte, un opérateur est une personne désignée pour démarrer,
surveiller et arrêter l’opération prévue d’un robot ou d’un système
de robot.
Un « système de robot » est un système comprenant un ou plusieurs
robots, machines, équipements, dispositifs ou capteurs permettant
au robot d’effectuer sa tâche.
4
Selon IDTechEx, un cabinet de conseil au RoyaumeUni, « le plus grand changement au cours des
dix prochaines années sera une croissance massive dans les robots mobiles » ainsi qu’un développement massif des marchés, toujours basés
aujourd’hui sur la main-d’œuvre intensive des
chaînes de fabrication (comme les principaux
marchés asiatiques). Ces secteurs touchés par la
robotique représentent un marché de 25 milliards
de dollars aujourd’hui et passeront à 123 milliards
de dollars en 202614.
Par exemple, Kuka Robotics propose des robots
autonomes qui interagissent entre eux et ajustent
leurs actions pour adapter le produit suivant. Les
capteurs haut de gamme et les unités de contrôle
permettent en même temps une collaboration
étroite avec les humains15. Le fournisseur industriel de robots ABB16 a également lancé un robot à
deux bras appelé « Yumi » (figure 4), qui possède
des mains flexibles et une caméra de contrôle. Si
nous imaginons les opérations actuelles de maind’œuvre intensive dans les pays où les produits
électroniques sont assemblés, le potentiel de développement des marchés des robots industriels
est énorme (à titre d’illustration, le plan de Foxconn a utilisé 1 million de robots industriels)17.
Manufacture digitale et additive
La fabrication additive est considérée par certains
analystes comme une « extension de la robotique18 ». Toute la chaîne d’approvisionnement
est impactée par cette nouvelle technologie. Les
systèmes de fabrication peuvent être regroupés
dans les mêmes locaux que les designers ou même
les consommateurs. Il est pertinent d’évaluer la
relation entre la robotique et la fabrication additive. Les impacts de ceux-ci sur la chaîne de fabrication comptent sur les processus de conception
assistée par ordinateur (CAO) tels que la modélisation, la simulation et la visualisation pour créer
un concept de design et définir le processus de
production dans un ordinateur.
La prochaine étape se trouve logiquement dans la
combinaison entre les possibilités de la robotique
et la flexibilité de la fabrication additive. Une
nouvelle manière de produire !
A3DM magazine
n°5 15
DOSSIER
Un exemple est lié aux lignes de fabrication de la
société néerlandaise TNO19 et son « Department
for Additive Manufacturing » (EfAM) qui développe une technologie de pointe et des concepts
de machines de haute précision pour l’impression
3D (figure 5). EfAM réalise, pour ses partenaires
et ses clients, des machines de fabrication additive
personnalisées avec des supports spécifiques sur
la mécatronique, l’ingénierie de contrôle, mécanique, des systèmes, d’impression et de thermofluide.
5
6
7
16
A3DM magazine
n°5
Un autre cas est représenté par Arevo Labs20,
société basée en Californie, par son Robot-Base
Plate-forme de Fabrication Additive (RAMP) qui
est adapté sur le plus petit robot à six axes d’ABB
(l’IRB 12021) et pourrait également soutenir de
plus grands modèles de robot ABB. Il est composé
d’une tête de dépôt avec gestion thermique de
pointe pour le traitement de haute performance
en fibres de carbone thermoplastique renforcé.
Tandis que le logiciel comprend un logiciel de
FAO pour convertir des modèles CAO en instruction pour le robot, ce dernier est capable d’intégrer six degrés de liberté et d’interfaçage avec
le logiciel de programmation et de simulation
RobotStudio™ d’ABB pour faciliter la génération
des outils à partir de fichiers de CAO.
Parmi les inventions les plus curieuses et innovantes : les « Siemens Spiders » ou « SiSpis »22 (figures 6 et 7) qui renforcent le concept de « fabrication mobile ». Les experts de Siemens Robotic
Labs à Princeton, New Jersey, ont développé des
prototypes de robots ressemblant à des araignées
et pouvant travailler en collaboration les uns avec
les autres pour imprimer des structures en 3D.
Ces robots sont capables d’accélérer la production de grande échelle, d’atteindre des structures
complexes telles que les fuselages des avions ou
les coques des navires. Les SiSpis eux-mêmes sont
imprimés en 3D et transportent des caméras et un
scanner laser pour comprendre leur environnement et savoir exactement où ils se trouvent dans
un espace donné.
DOSSIER
Plates-formes interactives : l’avenir
Compte tenu de l’évolution constante des techniques de fabrication additive et de
l’interaction croissante entre les secteurs, l’enthousiasme est de mise. Récemment,
le service d’impression 3D de Proto Labs Inc.23, en collaboration avec Concept Laser
et sa technologie LaserCUSING®24, a complété son panel de technique de fabrication
industrielle. D’autres partenariats robotiques sont liés aux sociétés françaises Dassault
Systèmes25 et BoostAeroSpace26, qui ont lancé une plate-forme de collaboration pour
l’industrie aérospatiale et de la défense européenne. La plate-forme AirDesign27 est un
espace de travail commun pour la conception, la fabrication et la gestion de données
de produits et de production entre plusieurs partenaires, disponible sur un cloud privé. Enfin, Bosch Rexroth28, une firme d’ingénierie basée en Allemagne, est le résultat
d’une fusion depuis le 1er mai 2001 entre la Business Unit Automation Technology de
Robert Bosch GmbH et Mannesmann Rexroth AG. Elle fournit des solutions d’automatisation et de fabrication de pièces uniques produites dans un volume élevé à tous les
principaux secteurs industriels.
La robotique et la fabrication additive sont en constante évolution. Leur combinaison
pourrait permettre d’obtenir des résultats illimités spécifiquement dans la conception,
la liberté de dimension et la fabrication avec multimatériaux.
STRATASYS OUVRE LA VOIE
Annoncé à la fin du mois d’août sur notre site Web29 en compagnie des sociétés Ford, Boeing
et Siemens, Stratasys a lancé deux nouveaux démonstrateurs 3D : le « Infinite-Build 3D
Demonstrator », qui a été conçu pour la production de pièces de grande taille à vitesse 10x avec
une grande qualité et précision de production et une répétabilité, ainsi que le « Robotic-Composite 3D
Demonstrator », une imprimante 3D avec un mouvement sur huit axes qui permettent un placement
précis et directionnel du matériau pour une solidité accrue tout en réduisant significativement
le recours à des systèmes de support.
Infinite-Build 3D Demonstrator La machine « Infinite-Build 3D Demonstrator » (figures 7 et 8) est conçue pour répondre aux exigences de
l’aérospatiale, de l’automobile et d’autres secteurs pour la production de pièces thermoplastiques de grandes
dimensions, légères et avec des propriétés mécaniques reproductibles. Elle offre une approche révolutionnaire
d’extrusion de FDM qui augmente la productivité et la répétabilité. Elle transforme le concept traditionnel de
l’imprimante 3D sur un côté pour réaliser une approche « manufacture infinie » qui imprime sur un plan vertical
pour une dimension illimitée d’une pièce dans le sens de la construction.
« Un tel résultat n’aurait pas été possible sans le soutien de deux sociétés Fortune 100 comme Boeing et Ford
Motor Company », indique Teri Finchamp, directeur des opérations et de la qualité chez Boeing Phantom
Works. Boeing a contribué au démonstrateur en définissant les exigences et les spécifications de l’aéronautique.
Elle l’utilise aujourd’hui pour explorer la production de faibles volumes de pièces légères. Le docteur Ellen Lee,
leadert technique de la recherche – fabrication additive chez Ford Motor Company, a souligné que son entreprise étudie également des applications innovantes qu’il n’était pas possible de réaliser auparavant en raison
de la taille limitée des machines de production.
Deux produits ont également été présentés
Le Panneau intérieur d’avion est le plus grand réalisé par un autre système commercial. Il a été produit en
ULTEM 9085 pour satisfaire aux normes en matière d’inflammabilité, de fumée et de toxicité pour les intérieurs
d’avions. Il démontre la capacité de personnalisation des intérieurs de véhicules pour offrir une expérience
unique aux passagers.
L’Outil Rocket-carénage présente la capacité de produire un grand outil de drapage léger, beaucoup plus grand
que tous ceux réalisés jusqu’à maintenant. Il démontre la capacité d’atteindre une surface très affinée.
Robotic-Composite 3D Demonstrator
Le « Robotic-Composite 3D Demonstrator » (figures 9 et 10) associe les technologies avancées d’extrusion de
Stratasys avec le matériel de contrôle du mouvement et le logiciel PLM de Siemens. Stratasys et Siemens travaillent en étroite collaboration pour concrétiser leur vision partagée d’une impression 3D viable et incontournable dans la fabrication de composants. Pour illustrer cette vision, Stratasys a conçu le « Robotic-Composite
3D Demonstrator » en intégrant ses technologies clés de fabrication additive au système industriel de contrôle
du mouvement et au logiciel de conception pour l’impression 3D de Siemens. Ce démonstrateur robotique est
destiné à révolutionner l’impression 3D de pièces composites.
A3DM magazine
n°5 17
DOSSIER
Son utilisation doit être étendue aux secteurs du transport comme
l’automobile et l’aéronautique ainsi qu’à d’autres, notamment les
secteurs gazier et pétrolier ou encore la médecine, qui utilisent des
matériaux composites pour fabriquer des structures solides, mais
légères. La production de composites est néanmoins limitée par
des processus géométriques compliqués nécessitant un énorme travail manuel. Le « Robotic-Composite 3D Demonstrator » procure
une impression 3D réaliste, grâce à un système de mouvement à
huit axes qui permet un placement précis et directionnel du matériau. La solidité de la pièce en est renforcée et l’utilisation de supports, limitant la vitesse d’impression, n’est plus nécessaire. Cette
redéfinition de fabrication des pièces légères offre une possibilité d’emploi de cette technologie pour accélérer la production de
pièces à partir d’une large gamme de matériaux.
7
Un « dome » produit avec cette machine a été présenté. Cette
pièce démontre la capacité à utiliser huit axes pour imprimer de
l’intérieur vers l’extérieur, plutôt que couche après couche. Le dôme
central est réalisé avec une trajectoire d’outil à spirale unique, ce
qui permet d’éliminer les coutures ou les transitions entre couches.
Les nervures de renfort sont imprimées perpendiculairement aux
couches du dôme selon une trajectoire d’outil unique qui suit une
courbe complexe à travers l’espace. La pièce a été totalement réalisée sans support, par réorientation continuelle. Elle a été conçue en
thermoplastique rempli de fibre de carbone, avec une orientation
de la fibre sous contrôle permanent – quel que soit l’axe.
8
9
10
Notes
1 - https://www.britannica.com/biography/Karel-Capek
2 - http://www.turing.org.uk/
3 - http://www.asimovonline.com/asimov_FAQ.html#series13
4 - https://www.sri.com/
5 - http://groups.inf.ed.ac.uk/vision/ROBOTICS/FREDDY/f2.wiki180109
6 - http://www.kuka-robotics.com/en/
7 - http://www.ri.cmu.edu/person.html?person_id=136
8 - http://www-03.ibm.com/ibm/history/ibm100/us/en/icons/deepblue/
9 - http://www.nasa.gov/mission_pages/mars-pathfinder/
10 - http://www.sony-aibo.com/
11 - http://asimo.honda.com/asimo-history/
12 - http://www.unece.org/press/pr2000/00stat10e.html
13 - http://www.ifr.org/association/
14 - http://www.idtechex.com/research/reports/
robotics-2016-2026-000458.asp
15 - http://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/yumi
16 - http://new.abb.com/products/robotics
18
A3DM magazine
n°5
17 - http://www.zmescience.com/research/technology/chinese-factorysacks-people-gets-robots-0523534/
18 - https://www.stratfor.com/analysis/smart-factories-next-industrialrevolution
19 - www.tno.nl
20 - http://arevolabs.com
21 - http://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/irb-120
22 - http://www.siemens.com/innovation/en/home/pictures-of-thefuture/digitalization-and-software/autonomous-systems-siemensresearch-usa.html
23 - https://www.protolabs.com/
24 - http://www.concept-laser.de/en/technology/lasercusingr.html
25 - http://www.3ds.com/
26 - https://www.boostaerospace.com/
27 - https://www.airdesign.aero/
28 - http://www.boschrexroth.com/en/xc/
29 - http://www.a3dm-magazine.fr/imprimantes-3d-stratasys-dernieresgenerations/
Rapide. Fiable.
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DOSSIER
Préhenseurs imprimés
en 3D de Schunk
FABRICATION ADDITIVE
ET AUTOMATISATION INDUSTRIELLE
La fabrication additive a permis de repenser des pièces permettant
l’amélioration de l’automatisation industrielle. Préhenseurs,
buses ou bols vibrants en sont des exemples. Explications.
Par Nikolas Du Puy Dutour, directeur général chez Materialise France.
Personnalisation de masse
L
’arrivée de la robotique a provoqué de profonds changements
au niveau des chaînes de production. Elle a indirectement
transformé des secteurs et des marchés à part entière. Elle a
permis d’accélérer considérablement les processus de production tout
en les rendant plus fiables et plus performants. Toutefois, par nature,
l’automatisation industrielle ne peut pas s’imposer comme une solution universelle. Les exigences des chaînes de production sont aussi
diverses que les produits qu’elles fabriquent, des pièces automobiles
aux denrées alimentaires emballées. Néanmoins, il existe tout de
même des dénominateurs communs s’appliquant à l’automatisation
industrielle. Certaines pièces, comme les préhenseurs, les buses ou les
bols vibrants, souvent finalisées tout à la fin de la solution d’automatisation, sont susceptibles d’avoir une incidence sur l’efficacité de
l’ensemble de la chaîne de fabrication. Grâce à l’impression 3D, les
ingénieurs peuvent repenser ces pièces en adoptant une perspective
fonctionnelle, pour les transformer en des composants performants
sur lesquels la robotique moderne peut compter.
20
A3DM magazine
n°5
Les bols vibrants peuvent être personnalisés en fonction des exigences de l’industrie, de l’application, des
caractéristiques des matériaux, du volume de produit
et de l’orientation. L’efficacité des préhenseurs peut
être améliorée grâce à une conception unique en
adaptant la forme et la configuration des doigts de
préhension, en intégrant des canaux à vide dans la
conception du préhenseur, ou en identifiant d’autres
fonctionnalités immédiates dans le bras du robot
pouvant être directement intégrées dans le préhenseur. D’autre part, les buses peuvent bénéficier d’une
personnalisation complexe permettant d’améliorer
la précision, d’optimiser le flux de liquide et de réduire le risque de fuite.
DOSSIER
les doigts de préhension peuvent être conçus pour
s’adapter au produit. Étant donné que la complexité
ne constitue pas un facteur de coût pour la fabrication additive, les concepteurs sont libres de dessiner
en gardant à l’esprit le souci de fournir une performance optimale. Cette solution offre la possibilité
de réduire l’assemblage manuel tout en intégrant
de multiples fonctions dans une seule pièce, ou tout
simplement de réduire le poids et les coûts en créant
une pièce évidée, ce qui permet de limiter l’utilisation de matière.
Tandis que les efforts de personnalisation déployés
par les techniques de fabrication traditionnelles
sont coûteux, en grande partie en raison des coûts
d’outillage et de production, la fabrication additive
se prête très bien à la production rentable de séries
limitées. En éliminant l’étape de l’outillage et en passant directement de la conception à la production, ce
procédé permet des cycles de fabrication courts, ce
qui fait d’elle la plate-forme idéale pour la personnalisation de masse.
Optimiser la conception
Lors de la conception de préhenseurs, de buses ou de
bols vibrants pour les processus d’automatisation, il
faut tenir compte de nombreux facteurs : la forme,
l’orientation, le poids et la dimension du produit à
manipuler. Ceux-ci ont tous leur impact sur la manière
de concevoir et de fabriquer. La dernière étape d’un
projet d’automatisation est donc la plus délicate et
la plus complexe. La fabrication additive transforme
cette étape, non seulement en simplifiant le développement itératif, mais également en introduisant une
nouvelle approche de la conception.
Les préhenseurs imprimés en 3D sont parfaitement
adaptés à la manipulation, à l’emballage et à l’assemblage de formes organiques ou complexes, puisque
Dans le cas de ces préhenseurs à aspiration (photo cidessous), tous les facteurs entrant en jeu dans l’évolution de la conception originale ont été optimisés
par l’impression 3D. Tandis que la conception d’origine était destinée au fraisage et à l’usinage, la pièce
repensée coûte moins du tiers du prix de la pièce originale, pèse un quart de son poids et ne nécessite pas
d’assemblage, tout en utilisant le même matériau,
l’aluminium. La réduction des coûts liés à l’utilisation
de la matière et à l’assemblage résulte directement
de l’optimisation de la conception, qui, dans ce cas,
a pris la forme d’un espace intérieur creux, en intégrant des canaux d’air ainsi qu’un tube et un bras de
connexion, et en orientant la pièce sur la plate-forme
d’impression 3D de façon à minimiser le besoin de
support. Ce dernier point revêt une importance particulière pour les pièces métalliques, car l’utilisation
de matière constitue un facteur de coût significatif
dans le cadre de l’impression 3D métal et les supports
inutiles peuvent donc s’avérer coûteux.
Pour un préhenseur pneumatique, l’optimisation
de la conception offre la possibilité de créer un produit facile à maintenir. Les charnières, élément commun des préhenseurs robotiques à doigts, peuvent
réduire la durée de vie du préhenseur et accroître
les coûts de maintenance en raison de leur capacité
de charge. Une conception de préhenseur pneumatique, associée à un matériau flexible, permet d’éliminer le besoin de charnières, tout en réduisant le
temps d’assemblage et en limitant la fréquence d’entretien future.
A3DM magazine
n°5 21
DOSSIER
Buse de traitement
alimentaire, en titane
Matériaux d’impression 3D
pour l’automatisation industrielle
En ce qui concerne l’automatisation industrielle,
les exigences clés sont diverses : la dureté et la souplesse, la résistance, la sécurité alimentaire, etc.
La fabrication additive offre une vaste gamme de
matériaux, des polymères aux métaux, répondant
aux nombreuses exigences industrielles.
L’acier inoxydable, fréquemment utilisé dans des
applications d’hygiène alimentaire et pour la fabrication d’instruments médicaux, est souvent plus
rentable, pour une production plus rapide, grâce
à la fabrication additive. Pour les projets nécessitant que le préhenseur soit léger, permettant ainsi
d’accélérer les mouvements du robot, les matériaux plastiques TPU 92A-1 et PA12 sont parfaitement adaptés au contact alimentaire, sous certaines conditions. Le matériau TPU 92A-1 a l’avantage supplémentaire d’être flexible, tandis que le
PA12 est exceptionnellement stable et durable. Le
tableau ci-contre fournit un aperçu des matériaux
fréquemment utilisés en impression 3D, ainsi que
leurs applications les mieux adaptées à l’automatisation industrielle.
Si les procédés de fabrication additive ne peuvent
utilisés tous les matériaux, il est intéressant d’envisager l’utilisation de moules imprimés en 3D, comme
la production par coulée sous vide. Cette solution
permet de bénéficier des avantages de l’impression 3D, notamment la liberté et les cycles courts de
conception et de production, tout en permettant
d’utiliser des plastiques plus conventionnels.
Sociétés
Caractéristiques
des matériaux
PA12
Rigide, léger, durable,
adapté au contact
alimentaire sous certaines
conditions
Bols vibrants, buses,
préhenseurs à aspiration,
blocs pneumatiques
TPU 92A-1
Flexible, léger, durable,
adapté au contact
alimentaire sous certaines
conditions
Préhenseurs
pneumatiques,
préhenseurs à aspiration
Alumide
Rigide, résistant à la chaleur,
adapté à l’usinage
Préhenseurs, buses,
bols vibrants, blocs
pneumatiques
Rigide, hautement
résistant, résistant
à la corrosion, adapté
au contact alimentaire
sous certaines conditions
Préhenseurs, buses,
bols vibrants
Rigide, hautement
résistant, résistant
à la corrosion
Buses et gicleurs
Rigide, hautement
résistant, léger, résistant
à la chaleur
Préhenseurs, buses
et gicleurs
Acier
inoxydable
Titane
Aluminium
Applications
Évolution des besoins
Dans un contexte où la robotique et l’automatisation industrielle entrent dans l’industrie 4.0, la demande en composant plus léger, plus rapide et plus
rentable devrait augmenter de manière significative. Une chaîne de production ayant investi dans
un robot à haute performance est susceptible de
vouloir améliorer ses performances et d’accélérer
ses mouvements par minute, en utilisant des préhenseurs ou des gicleurs plus légers. La fabrication
additive rend possibles des chaînes d’approvisionnement entièrement numériques. En effet, elle
passe directement des numérisations en 3D, des
conceptions CAO et de l’optimisation numérique
à la fabrication additive certifiée sur demande par
logiciel, sans avoir besoin d’aucun outillage. Si l’industrie 4.0 consiste en une production flexible et
en des systèmes matériels et logiciels interconnectés, les solutions d’automatisation industrielles par
fabrication additive sont déjà présentes.
22
A3DM magazine
n°5
Par conséquent, bien que les éléments d’automatisation plus rapides,
plus polyvalents et plus performants ne soient pas indispensables pour
la robotique, leur rôle croissant dans la fabrication ne devrait cesser de
gagner en importance dans les années à venir.
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PARTI C
CONVENTION D’AFFAIRES INTERNATIONALE
DES INDUSTRIES AÉRONAUTIQUE ET SPATIALE
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ANS D’AEROMART
TOULOUSE
29 NOVEMBRE 1 DÉCEMBRE 2016
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RENSEIGNEMENTS
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Organisé et financé par :
Avec le support financier de :
Commissariat général :
Un événement :
TECHNOLOGIE
LA FABRICATION HYBRIDE
AU-DELÀ DE LA FABRICATION ADDITIVE
Malgré ses nombreux avantages, la fabrication additive
ne remplace pas la fabrication traditionnelle.
Plutôt que de substituer une technologie à une autre,
la combinaison des deux devraient être plus rentable
et plus productive. Les machines hybrides répondront
peut être aux besoins…
Par Giorgio Magistrelli, expert en fabrication additive,
gestionnaire d’entreprise et de projets.
L
a fabrication additive présente des avantages évidents, cependant certains facteurs empêchent encore cette technologie d’être utilisée pleinement. Parmi
ceux-ci, on retrouve le coût élevé de ces systèmes, la limitation de taille de
fabrication, des temps de fabrication qui limitent la production de masse, la formation
des utilisateurs des imprimantes 3D, notamment celles métalliques, la longue qualification de la pièce et l’approbation de certification des procédés, la finition des produits et la nécessité d’un meilleur contrôle des procédés. Chaque entreprise doit donc
s’interroger sur le meilleur procédé de fabrication.
Bien qu’il n’y ait pas de consensus précis sur la définition de la « fabrication hybride »,
depuis le début de la révolution industrielle, de nombreuses entreprises ont tenté de
combiner différents processus et technologies. En essayant d’améliorer la productivité et la qualité des produits, l’intégrité de surface, le taux d’enlèvement de matière,
réduisant ainsi l’outillage, le temps de production et les domaines d’application, elles
ont recherché de nouveaux systèmes. Les systèmes hybrides ont ouvert la route vers
des applications innovantes pour la fabrication industrielle.
24
A3DM magazine
n°5
TECHNOLOGIE
Les catégories des procédés
de fabrication
En général, les classifications traditionnelles des
techniques de fabrication sont basées sur la technologie et proposent cinq catégories principales1.
• L’application intégrée ou une combinaison de
différents principes physiques actifs comme
l’usinage laser assisté.
• La technique de jonction : processus par lequel
deux ou plusieurs pièces sont assemblées pour
former une nouvelle pièce, comme le soudage
et l’assemblage.
• La combinaison intégrée des étapes de production habituellement séparées comme l’étirage
et le fromage des tôles.
• La technique de séparation : à l’opposé des
procédés d’assemblage, comme le sciage et le
démontage.
• La technique soustractive : processus d’enlèvement de matière qui consiste à retirer de la
matière comme les opérations d’usinage, le fraisage en coupe ou à jet d’eau.
• La technique transformatrice : une seule pièce
est utilisée pour créer une autre pièce dont la
masse ne change pas comme lors de la formation, le traitement thermique et le refroidissement cryogénique.
• La technique additive : le matériau est ajouté
à une pièce existante pour construire une nouvelle pièce où la masse de la pièce finie est plus
grande qu’auparavant. Les processus de prototypage rapide, le moulage sous pression et
le moulage par injection sont les procédés de
fabrication additive les plus utilisés.
La CIRP2, l’Académie internationale pour l’ingénierie de production, a indiqué trois définitions
de base pour les processus hybrides.
PROCÉDÉS
TECHNOLOGIE
• Les machines intégrées, appelées machines hybrides, qui peuvent effectuer simultanement
différents processus, comme le broyage mécanique et le tournage.
Selon la CIRP, ces définitions pourraient être interprétées comme :
• une « définition ouverte » : un processus de
fabrication hybride combine deux ou plusieurs
procédés de fabrication établis dans un nouveau setup combiné où les avantages de chaque
processus discret peuvent être exploités en synergie ;
• une « définition restreinte » : un processus hybride comprend une action simultanée de différents principes de production sur la même zone
de traitement.
Les processus de fabrication additive
Les processus de fabrication additive ont déjà été
présentés dans des numéros précédents, articles
que vous pouvez retrouver sur le site www.a3dmmagazine.fr, et sont résumés dans le tableau cidessous.
MATÉRIAUX
Powder Bed et Inkjet Head Printing
Poudres de céramique, stratifiés en métal, acrylique,
sable, composites, polymères, des mélanges de polymères
Plaster Based 3D Printing
Bonded Plaster, Plaster Composites
Directed Energy Deposition
Laser Metal Deposition
Métaux et alliages métalliques, métaux hybrides
Material Extrusion
Fused Deposition Modelling
Thermoplastiques, polymères, mélanges de polymères
Material Jetting
Multi-Jet Modelling
Photopolymères, cire, composites
Powder Bed Fusion
Electron Beam Melting
Poudre de titane, cobalt-chrome
Selective Heat Sintering
Poudre thermoplastique
Selective Laser Sintering
Plastique, métal, papier, verre, céramique, Composites
Direct Metal Laser Sintering
Acier inoxydable, cobalt-chrome, nickel alloy
Laminated Object Manufacturing
Plastique, métal, papier stratifiés, céramiques, composites
Ultrasonic Consolidation
Métaux et leurs alliages
Stereolithography
Liquide photopolymère, composites
Digital Light Processing
Photopolymère liquide
Binder Jetting
Sheet Lamination
Vat Polymerization
A3DM magazine
n°5 25
TECHNOLOGIE
Les processus de fabrication soustractive
Les processus de fabrication soustractive sont des procédés de soustraction et d’enlèvement de matière3. Un grand nombre de processus soustractifs ont été développés de façon continue depuis 1700.
Plusieurs méthodes peuvent être combinées pour fabriquer un produit à partir d’un matériau.
• Moulage : moule temporaire et moule permanent.
• Formation et mise en forme : laminage, forgeage, extrusion, dessin,
feuille de formage, métallurgie des poudres et moulage.
• Usinage : tournage, perçage, fraisage, rabotage, façonnage,
brochage, broyage, usinage par ultrasons, usinage électrochimique
et usinage à haute énergie de faisceau. Cette vaste catégorie
comprend également le micro-usinage pour la production de pièces
d’ultraprécision.
• Assemblage : soudage, brasage, soudage par diffusion, collage et
assemblage mécanique.
• Finition : honing, rodage, polissage, ébavurage, traitement de
surface, revêtement et placage.
• Microfabrication et nanofabrication : technologies qui sont capables de produire des pièces avec des dimensions au micro (un
millionième de mètre) et nano (un milliardième de mètre) ; procédés de fabrication de systèmes microélectromécaniques (MEMS)
et de systèmes de nanoélectromécaniques (NEMS) comme la lithographie, la surface et le micro-usinage en vrac, la gravure, LIGA, et
divers processus spécialisés.
Les processus de fabrication de transformation
Lors des processus de transformation, une seule pièce est utilisée
pour en créer une autre dont la masse ne change pas. Les principales
catégories sont les suivantes.
• Formation : processus dont les opérations peuvent être effectuées
à la température ambiante ou à des températures élevées avec un
taux élevé ou minimal de déformation.
• Traitement thermique : également utilisé pour renforcer les alliages métalliques, cette méthode commune pour améliorer les
propriétés mécaniques d’un matériau implique l’établissement
d’une phase souhaitée à des températures élevées, suivie par un
refroidissement contrôlé de la matière avant que la microstructure
puisse se transformer en une phase différente. Cette procédure
peut profondément affecter le comportement de l’acier et produire des formes spéciales, y compris la perlite, la martensite, la
spheroidite et la bainite, chacune avec ses propres caractéristiques
uniques.
• Refroidissement cryogénique : application d’un liquide de refroidissement dans un processus de coupe permettant d’augmenter la
vie de l’outil et la précision dimensionnelle, de diminuer les températures de coupe, la rugosité de surface et la quantité d’énergie
consommée, et d’améliorer de la productivité. Elle est l’une des
méthodes les plus utiles pour les opérations de coupe, capables
d’améliorer considérablement la vie de l’outil et la finition de surface grâce à une réduction d’usure et à un contrôle de la température d’usinage souhaitable aux zones de coupe4.
26
A3DM magazine
n°5
L’interaction entre les différents
procédés
Dans de nombreux secteurs industriels comme
l’aéronautique, le médical, l’automobile ou l’énergie, la fabrication de pièces complexes nécessite
l’utilisation de plusieurs procédés, tout en exigeant des interventions de post-traitement pour
obtenir des tolérances standardisées et la finition
des surfaces. Une combinaison efficace des processus additifs et soustractifs améliore les caractéristiques et la commodité des deux techniques. Le
laser peut, par exemple, être utilisé pour les pré/
post-traitements thermiques en usinage, la relaxation des contraintes, le durcissement de surface,
permettant ainsi d’augmenter la productivité
des matériaux difficiles à couper. Autre exemple,
certaines pièces conçues par fabrication additive
peuvent être finalisées sur le même équipement
à processus de fabrication classiques, tels que le
fraisage. De cette manière, la précision de la pièce
fabriquée et la rugosité de surface peuvent être
considérablement améliorées.
Ainsi, différentes combinaisons entre les processus
de fabrication peuvent être utilisées. Penchonsnous sur le concept de fabrication « hybride »
associant la fabrication additive aux processus de
fabrication soustractifs et/ou de transformation.
Le rôle clé des machines-outils
Pour évaluer les processus soustractifs et de transformation, il est nécessaire de commencer par
analyser des machines et des systèmes connexes :
les « machines-outils ». Une machine-outil5 est une
« machine de formage ou d’usinage de métaux ou
d’autres matériaux rigides (souvent par découpage, perçage, meulage, cisaillement, ou d’autres
formes de déformation) ». Les machines-outils
utilisent un outil qui coupe ou modifie la forme
grâce à un mouvement guidé par la machine. Ce
mouvement entre la pièce de travail et l’outil de
coupe est contrôlé ou limité par la machine dans
une certaine mesure, plutôt que d’être entièrement « dégagé » ou « à main levée ».
TECHNOLOGIE
CNC et CAO/FAO :
la liaison avec la fabrication additive
La commande numérique (CN) est l’automatisation
des machines-outils à commandes programmées.
Elle représente le contraire des systèmes à commande manuelle, par des roues ou des leviers, ou
mécanique, automatisés par des cames. La majorité des commandes numériques sont aujourd’hui
des commandes numériques par ordinateur (CNC).
Dans les systèmes CNC modernes, la conception
des composants est automatisée de bout en bout
en utilisant la conception assistée par ordinateur
(CAO) et la fabrication assistée par ordinateur
(FAO).
Les programmes de CAO/FAO produisent un fichier informatique permettant de faire fonctionner une machine spécifique via un post-processeur, puis chargé dans les machines CNC pour la
production. Dans d’autres lignes de fabrication,
plusieurs machines sont utilisées avec un contrôleur externe et des opérateurs humains ou robots
qui déplacent le composant d’une machine à
l’autre. La production est fortement automatisée
et correspond étroitement à la conception de CAO
d’origine. Les systèmes CNC sont utilisés pour tout
processus qui peut être décrit comme une série
de mouvements et des opérations comme la découpe au laser, le soudage, le soudage par friction
malaxage, le soudage par ultrasons, la découpe
aux flammes et au plasma, le pliage, la filature, la
perforation, l’épinglage, le collage, la découpe du
tissu, la couture, le routage, la cueillette et la mise
(en anglais « picking and placing – PnP »), ainsi
que le sciage.
1
Les tours (figure 2) sont des machines qui coupent
des morceaux de filature de métal. Les tours CNC
sont capables de réaliser rapidement des coupes
de grande précision en utilisant des outils indexables avec des programmes de pointe pour des
pièces ne pouvant pas être coupées sur des tours
manuels. Ces machines comprennent souvent 12
outils et des pompes de refroidissement pour
réduire l’usure de ces derniers. Les tours CNC ont
des spécifications de contrôle similaires aux moulins CNC et peuvent souvent lire le G-Code, ainsi
que les langages de programmation spécifique du
fabricant.
Exemples de machines-outils CNC
Les machines fraiseuses CNC (figure 1) utilisent
des contrôles informatiques pour couper différents matériaux. Elles sont capables de traduire les
émissions composées de chiffres et de lettres spécifiques pour déplacer la broche à divers endroits
et profondeurs. Beaucoup utilisent le G-code, qui
est un langage de programmation standardisé
que de nombreuses machines CNC comprennent.
D’autres préfèrent utiliser des langages spécifiques créés par leurs fabricants et non transférables à d’autres machines.
2
A3DM magazine
n°5 27
TECHNOLOGIE
Les coupeurs de plasma (figure 3) coupent un matériau avec une torche à plasma. Ils sont couramment utilisés pour réaliser des coupes d’acier ou
d’autres métaux, même s’ils peuvent être utilisés
sur une grande variété de matériaux. Dans ce procédé, du gaz (comme de l’air comprimé) est soufflé à grande vitesse hors d’une buse qui forme un
arc électrique sur la surface à découper. Le plasma
est suffisamment chaud pour faire fondre le matériau coupé et se déplace suffisamment rapidement
pour faire sauter le métal fondu loin de la coupe.
4
3
L’électroérosion à fil (figure 5), aussi nommée
« découpage par étincelage à fil », utilise l’électroérosion pour modifier ou retirer de la matière
avec un fil-électrode. Ce fil-électrode se compose
généralement de laiton ou d’un matériau en laiton zingué.
5
L’usinage à décharge électrique (figure 4), electrical discharge machining ou EDM en anglais, également appelé « usinage par étincelage », « électroérosion par fil » ou « électroérosion par enfonçage », est un processus de fabrication utilisant des
décharges électriques (étincelles) pour obtenir la
forme souhaitée. Le matériau est retiré de la pièce
par ces décharges de courant récurrentes transmises entre deux électrodes séparées par un fluide
diélectrique et soumis à une tension électrique.
L’une des électrodes est appelée « électrode-outil », ou simplement « outil » ou « électrode »,
tandis que l’autre est appelée « pièce-électrode »
ou « pièce ». Une fois que la circulation de courant
est fermée, un nouveau liquide diélectrique est
acheminé dans le volume inter-électrodes permettant d’emporter des particules solides, les débris,
et de restaurer les propriétés isolantes du diélectrique. L’ajout d’un nouveau liquide diélectrique
dans le volume inter-électrodes est généralement
appelé « rinçage ».
28
A3DM magazine
n°5
Sinker EDM, aussi appelé « type de cavité EDM »
ou « EDM de volume », se compose d’une électrode et d’une pièce immergée dans un liquide,
de l’huile isolante ou un autre fluide diélectrique.
L’électrode et la pièce sont reliées à une source
d’alimentation adaptée, ce qui génère un potentiel électrique entre les deux parties. Lorsque l’électrode se rapproche de la pièce d’œuvre, une rupture diélectrique se produit dans le fluide formant
un canal à plasma, et une petite étincelle jaillit.
TECHNOLOGIE
Un dispositif de coupe à jet d’eau est un outil utilisé pour découper le métal ou d’autres matériaux
par un jet d’eau à forte pression ou par un jet d’un
mélange d’eau et de substance abrasive, telle que
le sable. Il est souvent utilisé lors de la fabrication
de pièces pour des machines ou d’autres appareils.
La coupe à jet d’eau est la méthode préférée pour
des matériaux sensibles aux températures élevées
générées par les autres méthodes. Elle est utilisée
dans les secteurs des mines et de l’aérospatiale pour
la découpe, le façonnage, la sculpture et l’alésage.
Langages de programmation CNC
Il n’existe pas une seul langue de programmation pour tous les outils CNC6. Beaucoup ont des
languages strictement spécifiques. Le G-code (ou
le langage de programmation G) est le plus largement utilisé. Initialement, ce code ressemblait
à un langage de programmation de bas niveau,
comme un langage d’assemblage. Cependant,
aujourd’hui, les versions les plus modernes comprennent des structures de contrôle et d’autres
caractéristiques au langage de haut niveau. Les
logiciels de CAO/FAO permettent de créer des instructions puis de les convertir automatiquement
en G-code pour les différents outils.
Le G-code se compose essentiellement de deux
types de commandes : les codes G et les codes M.
Les codes G se composent de la lettre G, comme
l’adresse de mémoire où la commande sera enregistrée, suivie d’un numéro de contrôle de 0 à 99.
Ils sont également appelés codes préparatoires,
parce qu’ils disent à la machine comment elle
doit se déplacer. G01 est un code G typique, qui
indique à la machine comment déplacer l’outil de
coupe (ou la pièce) dans une ligne à une vitesse
d’alimentation spécifique ou à une certaine distance. Il sera suivie par des codes indiquant l’axe
de mouvement et l’incrément. Les codes M sont
également appelés codes divers. Ils contrôlent les
opérations générales de la machine : marche-arrêt du moteur, émission de liquide de refroidissement, etc. Ils ont le préfixe M suivi d’un code
numérique à trois chiffres.
Analyse des compagnies actives
L’impression 3D possède encore quelques limites.
Par exemple, l’impression 3D métallique entraîne
des propriétés mécaniques qui peuvent être très
différentes de celles d’une pièce usinée à partir
d’un alliage laminé à chaud ou trempé. À ce stade,
le processus d’impression 3D ne peut tout simplement pas correspondre à des tolérances précises
d’usinage de haute précision. On est donc plus
susceptible de voir des imprimantes 3D travailler à côté de machines CNC plus traditionnelles,
plutôt que de les remplacer entièrement. Cependant, certaines entreprises ont déjà commencé à
prendre le chemin du développement futur en
matière d’intégration de CNC et de fabrication
additive.
La société DMG MORI, avec sa machine LASERTEC
65 3D (figures 6 et 7), intègre le soudage de déposition laser et le fraisage avec la fabrication additive dans une fraiseuse possédant cinq axes. Ce
procédé utilise le dépôt de poudres métalliques à
l’aide d’une buse, ce qui est jusqu’à dix fois plus
rapide que la génération du lit de poudre. Selon la
compagnie, « jusqu’à présent, les techniques additives étaient utilisées pour générer des prototypes
et de petites pièces. En combinant les deux – fabrication additive par la buse de poudre et processus
de coupage traditionnels dans une seule machine
– il devient possible d’obtenir de nouvelles applications et géométries. Surtout, il est désormais
possible d’usiner des grandes pièces avec de hauts
volumes d’enlèvement. Le changement flexible
entre le laser et le fraisage permet l’usinage de
fraisage direct de sections qui ne sont pas accessibles quand la pièce est finie ».
7
6
A3DM magazine
n°5 29
TECHNOLOGIE
Déjà en juillet 2014, Hurco Companies a annoncé
qu’elle avait déposé une demande de brevet américain pour une nouvelle technique combinant
l’impression 3D et la CNC. Grâce à cette nouvelle
technologie, les fabricants pourront passer du
prototype en plastique à la pièce finie en métal
sur une seule machine. Lors de l’IMTS 2016, la
société a également présenté une tête d’impression 3D, un accessoire optionnel sans fil alimenté
pour son centre d’usinage vertical qui extrude le
filament en plastique PLA pour l’impression 3D
directement sur une machine CNC. Cette tête
d’impression portable est alimentée et contrôlée
par rotation de la broche et peut être facilement
déplacée entre les centres d’usinage Hurco. En parallèle, une nouvelle version du logiciel WinMax
offre le support pour la fabrication additive avec
la tête d’impression en 3D et permet aux utilisateurs de développer rapidement et efficacement
des formes 3D complexes.
Hybrid Manufacturing Technologies, fondée en
2012 par Jason Jones et Peter Coates, possède
comme produit phare son AMBIT™ (figure 8) un
système multitâche qui permet pratiquement à
toutes les machines CNC (ou plate-forme robotique) d’utiliser des têtes de traitements non traditionnelles dans la broche et de les interchanger.
La commutation est complètement automatisée
et ne prend que quelques secondes.
8
tâches, l’expérience de technique laser à fibre, les
connaissances de fabrication additive et possède «
des fonctions jusqu’à dix fois plus rapides que les
autres systèmes sans gaspillage de matériau ». La
VC-500 AM peut réaliser des pièces de 19,7 centimètres de diamètre 1 centimètres en hauteur et
jusqu’à 440 lbs. La tête additive de revêtement
peut travailler dans la même zone d’usinage, en
fonction de l’application et de l’emplacement des
caractéristiques de la partie.
Société du groupe Mitsubishi Corporation, MC Machinery Systems propose un produit intéressant, la
fraiseuse hybride LUMEX Avance-25 qui – selon la
compagnie – est « la seule machine au monde permettant la fabrication d’un processus de moules et
de pièces complexes par fusion ou frittage sélectif
par laser (3D SLS) grâce à la technologie de fraisage
à haute vitesse. Cette machine permet aussi la production de pièces complexes en utilisant des données 3D et la plus grande précision dans la fabrication des parties grâce à des poudres métalliques
fondues et frittées par laser ».
Optomec est une entreprise privée et un fournisseur en pleine croissance de systèmes de fabrication additive. Il a breveté le système « Aerosol Jet »
fonctionnant sur l’imprimante LENS 3D (figure 9)
pour imprimer des composants métalliques, utilisés par l’industrie pour réduire le coût du produit
et améliorer les performances. Ensemble, ces deux
solutions d’impression uniques travaillent avec
le plus large éventail de matériaux fonctionnels,
allant des encres électroniques aux métaux structurels en passant par de la matière biologique.
Optomec possède plus de 150 clients multinationaux dans le monde et soutient des opérations
de fabrication dans l’électronique, l’énergie, les
sciences de la vie et les industries de l’aérospatiale.
9
La société américaine Mazak a lancé en août 2016
la nouvelle machine hybride multitâche Mazak
VC-500 AM qui combine cinq axes et les avantages
de la fabrication additive, permettant de « révolutionner la conception des produits, réduire les
délais de commercialisation et les coûts de R&D ».
La VC-500 AM hybride rassemble l’expertise de
Mazak dans la construction de machines multi-
30
A3DM magazine
n°5
TRAITEMENT THERMIQUE POST
FABRICATION ADDITIVE
DETENTE DES CONTRAINTES INTERNES, RECUIT,
VIEILLISSEMENT
Nickel, Titane, Cobalt-Chrome-Molybdenum, Tungsten
M E DICA
AU
TO M O
AE
B
R O N AU
TI
IL
QUE
E
La société Stratasys a récemment présenté le
« Robotic-Composite 3D Demonstrator », une imprimante 3D à huit axes unifiant capacités additives et soustractives pour des pièces composites
grandes ou complexes (voir l’encadré de l’article
«Fabrication additive et robotique, l’histoire
d’une (r)évolution», à la page 17).
FOUR SOUS VIDE DÉDIÉS AU
L
Renishaw est une société britannique possédant
un nouveau système de scanner à grande vitesse
pour machines-outils CNC, le « système SPRINT ».
Selon la société, ce système « offre une fonctionnalité sans précédent dans les applications de réparation d’aubes de turbine. La mesure à grande
vitesse de sections transversales de pales, alliée à
une forte intégrité des données, indique un état
réel de la pièce permettant de générer un usinage adaptatif. Des sous-programmes confèrent
une précision significative et réduisent les temps
de cycle par rapport aux systèmes à déclenchement par contact. » Également active dans le
secteur médical et dentaire, la société produit
aussi les « LaserAbutments », une imprimante 3D
d’implants sur mesure permettant de reproduire
la finesse des détails des surfaces occlusales, puis
usinés avec précision pour obtenir une géométrie d’interface à l’ajustement précis. Les implants
LaserAbutments sont des dispositifs sur mesure,
fabriqués au Royaume-Uni conformément aux
normes ISO 13485, en cobalt-chrome certifié CE.
TRAITEMENTS SOUS-VIDE OU SOUS ATMOSPHERE
CONTROLLEE POUR MATERIAUX ISSUS D’IMPRESSION 3D
Solution adaptée aux besoins des secteurs médical et aéronautique
• Nécessaire aux alliages sensibles à l’oxydation (titane,
chrome, cobalt)
• Homogénéité parfaite grâce au design breveté de son
résistor
• Traitement propre : coeur de chauffe en molybdène et
isolation métallique
• Contrôle de l’atmosphère en cours de traitement
(option)
• Gain de productivité grâce au refroidissement rapide
ou contrôlée
1 - Nassehi, A., Newman, S., Dhokia, V., Zhu, Z. and
Asrai, R. I., 2011. “Using formal methods to model hybrid
manufacturing processes”. 4th International Conference on
Changeable, Agile, Reconfigurable and Virtual Production
(CARV2011), Montreal, Canada.
2 - www.cirp.net/about-cirp.html
3 - Merchant, M. E., 2003. Twentieth century evolution
of machining in the United States - an interpretative review.
Sadhana-Academy Proceedings in Engineering Sciences, 28.
4 - International Journal of Machine Tools and Manufacture,
Volume 48, Issue 9, July 2008, p. 947–964.
5 - Facts 101 – The Global Manufacturing Revolution,
Product-Process-Business Integration.
6 - https://www.scribd.com/doc/74116489/G-M-codesAll-CNC WWW.ECM-FURNACES.COM
or m es
r
ié n
AMS 2750
AMS 2769
ECM TECHNOLOGIES - RCS GRENOBLE 478 969 173 - N° Siret 478 969 173 000 44 - Images : Fotolia
Notes
tif
Ce
Contact : +33 4 76 49 65 60
[email protected]
LES ÉCHOS DE L’AFPR
BILAN DES ASSISES
EUROPÉENNES
DE LA FABRICATION ADDITIVE
Les Assises européennes
de la fabrication additive se sont
déroulées à CentraleSupélec à la fin
du mois de juin 2016. Cette manifestation
a attiré de très nombreux participants
et leur a apporté des réponses à de
nombreuses questions scientifiques
et technologiques sur la fabrication
additive et ses applications dans
de nombreux secteurs.
Par Alain Bernard, Professeur des Universités
à l’École centrale de Nantes, vice-président de l’AFPR.
L
es différentes sessions présentées lors des
Assises de la fabrication additive 2016 ont
montré tout l’intérêt de cette technologie
pour de nombreux secteurs industriels et plus largement par rapport à des sujets de société.
Des keynotes très appréciés
Jean-Claude André, directeur de recherche au
CNRS, a proposé des éléments de réflexion sur l’évolution de la fabrication additive vers la 4D. Il a évoqué les développements actuels en bio-ingénierie.
32
A3DM magazine
n°5
Il a souligné la nécessaire pluridisciplinarité qui
doit être au service de la fabrication additive. Les
paradoxes et les freins culturels, structurels et économiques sont autant de facteurs qui s’ajoutent à
la difficulté de voir l’innovation apporter la valeur
que laissent entrevoir les avancées scientifiques. Il a
conclu par des interrogations quant à des avancées
possibles de la fabrication additive dont les limites
sont encore délicates à circonscrire.
Olaf Diegel, concepteur de la guitare Heavy Metal
(photo ci-contre) présentée dans A3DM Magazine
n°3, a à son habitude apporté un éclairage concret
et pertinent sur un sujet d’actualité. Cette fois, il
s’agissait de la conception pour la fabrication additive. Sur la base des fondements du Design for Additive Manufacturing, il a illustré avec de nombreux
exemples les opportunités à saisir du potentiel de la
fabrication additive. Il a aussi souligné l’impérieuse
nécessité de prévoir les éléments qui vont faciliter
les étapes ultérieures à la fabrication additive, que
ce soit les points de reprise d’usinage, la minimisation des supports ou leur localisation judicieuse. Sa
conclusion a été un espoir dans les futurs outils de
conception afin que ceux-ci soient capables d’ouvrir
au concepteur tout le potentiel attendu en termes
de modèles, de méthodes, d’outils de simulation
et de validation conjointe des caractéristiques des
pièces fabriquées par fabrication additive. Il a également souligné toute l’importance de l’éducation
et de la nécessité d’intégrer la fabrication additive
dans les cursus de formation à tous les niveaux.
LES ÉCHOS DE L’AFPR
sus directs (pour les outillages) et indirects (pour les
pièces). Il a également présenté les enjeux liés aux
qualités de finition post-fonderie mais aussi ceux
liés au coût inhérent à la chaîne de valeur complète.
Il s’est pour cela appuyé sur de très nombreux développements effectués au sein de son laboratoire.
Catherine Lubineau, directrice technique adjointe à l’UNM (Union de
Normalisation de la Mécanique), a mis à niveau l’état de nos connaissances sur la normalisation et les standards nationaux, européens et
internationaux sur la fabrication additive. Plusieurs points saillants
ont jalonné sa présentation. Tout d’abord, la synergie entre le TC ISO
261 et l’ASTM a permis la mise en place de seize groupes de travail
conjoints. Elle nous a rappelé les normes ISO publiées et en cours de
publication. Elle a également précisé la place des trois groupes à la
fois transverses et de prospective (adhoc). Elle a montré, en particulier, au Canada, comment l’UNM apporte ses compétences au service
du développement au plan international (voir les articles « Vers une
alternative au format STL » dans A3DM Magazine n°4 et « Standards
et normes des données imprimables », page 36, dans ce numéro). Enfin, elle a détaillé les enjeux et les actions du groupe européen récemment créé (CEN / TC 438) dont l’animation revient à la France. Eric
Baustert, président de Volum-e, anime également le groupe UNM 920
sur le plan français.
Le professeur K. P. Karunakaran a apporté des éléments d’analyse sur
la réalité de la fabrication additive au regard des éléments naturels
et des capacités de modélisation. Il a souligné que, pour lui, la fabrication additive nous rapproche par ses principes de la nature et de
ses constructions. Il a également insisté sur le fait que la fabrication
additive seule ne suffit pas à répondre aux besoins sociétaux d’une
manière générale et que les systèmes hybrides multi-technologiques
sous forme de succession de procédés pouvant être agencés en cellules intégrées de fabrication et de contrôle constituent une des voies
d’évolution de cette technologie. Il a ensuite abordé les possibilités
de la fabrication additive au service de la fonderie (rapid casting),
puis plus spécifiquement de la fonderie sable au travers de proces-
German Esteban Muniz nous a apporté la vision de
la Commission européenne sur la fabrication additive. En tant que responsable de ce thème, il a expliqué la politique d’appels à projets et de soutien au
développement des technologies et plus largement
des marchés en Europe. Il a rappelé que la fabrication additive est l’une des « key enabling technologies » (KET), voire combine différentes KET, et qu’à
ce titre la Commission européenne lui accorde une
attention particulière au travers d’appels à projets
et de productions de rapports de synthèse et de
prospective, sous forme de roadmap. Il a présenté
pour finir une sélection de projets. Il a également
présenté différents évènements qu’il a organisés
pour élargir la collaboration internationale.
Une journée riche et instructive
En préalable à la session « CAO optimisation topologique – Simulation », les sociétés Dassault Systèmes et Altair nous ont exposé les tout derniers
développements entrepris dans le domaine des
outils numériques pour la fabrication additive. Ensuite, les aspects mathématiques et géométriques
ont été très largement développés lors de la session
dirigée par Nicolas Gardan, du centre R&D DINCCS
de Micado. Des solutions mathématiques approfondies et leurs mises en œuvre pratique pour la
génération de formes optimisées sur le plan topologique, mais aussi pour ce qui concerne des structures d’allègement lattices ou des supports optimisés et dont le processus de nettoyage a été amélioré. Des solutions plus globales pour la conception
(construction, optimisation topologique, réassemblage de morceaux numérisés) et l’aide au choix
des processus sont également à souligner. Le tout
a été clôturé par une vision d’ensemble du projet
OptiFabAdd (porté par Micado) et présenté par
Nicolas Gardan.
A3DM magazine
n°5 33
LES ÉCHOS DE L’AFPR
La session du mercredi « Qualité – Sécurité – Environnement – Économie », animée par Philippe Vannerot, PDG de la société 3A SAS et
vice-président de l’AFPR, a proposé des sujets clés extrêmement importants pour tous les acteurs travaillant avec la fabrication additive.
Le témoignage important d’un acteur ayant contracté une maladie
professionnelle due à la fabrication additive a permis de mieux comprendre à quel point la gestion des risques pour les humains qui sont
en contact avec les machines est un sujet de la plus haute importance
et à ne surtout pas négliger. De nombreuses contributions industrielles et académiques ont permis d’illustrer à la fois les réussites déjà
acquises, les enjeux de la qualité et de l’impact environnemental de
la fabrication additive, mais aussi les aspects liés au business model.
Cette session a été complétée par une présentation de l’état actuel du
potentiel de technologies de contrôle, de l’enjeu et du contenu des
principaux projets relatifs à la mesure et au contrôle pour la fabrication additive (in- et out-process). Un témoignage relatif aux aspects
liés à la finition des pièces a poursuivi cette session. Enfin, un tout
nouvel acteur industriel, AddUp, a exposé sa stratégie ainsi que les
enjeux du futur très contraint et compétitif. Cette session a permis de
rappeler que la fabrication additive n’est pas un « presse-bouton » et
que de nombreux facteurs sont à prendre en compte au regard de la
valeur attendue.
En préalable à la session du mercredi après-midi qu’il a animé, Eujin
Pei, de l’université Brunel à Londres, a exposé les avancées de son
équipe et de ses travaux de coordination au niveau du groupe WG4
de l’ISO TC 261 sur les formats de données. La session « Solutions industrielles » était consacrée aux dernières avancées des technologies
de fabrication additive. Les sociétés Prodways, Irepa Laser, Stratasys,
Renishaw, Multistation, SLM Solutions, 3DCeram et la structure universitaire IRTES ont également apporté de très nombreux éclairages
sur les dernières innovations qui permettent de constater des avancées significatives quant aux performances des procédés.
La session « Applications », animée par Benoît Verquin, chargé de
projets sur la fabrication additive au CETIM, a rassemblé des acteurs
et a permis d’avoir des éclairages très différents quant à la maturité et la mise en œuvre des technologies sur des cas pratiques allant
des pièces certifiées bonnes de vol pour l’aéronautique et le spatial,
jusqu’aux pièces poreuses pour le dentaire ou la fabrication de pièces
de précision à l’aide d’un nouveau procédé spécifique dédié à la
fonderie. La session s’est terminée par la traditionnelle présentation
par le président de l’association Ars Mathematica, Christian Lavigne,
d’une page d’histoire de la création par les artistes à l’aide de technologies numériques d’œuvres toujours plus ambitieuses et innovantes
au cours du temps. Cette présentation venait en complément d’une
exposition riche et variée sur l’espace de démonstration, sur lequel de
nombreux exposants étaient présents.
La session du jeudi matin, animée par Didier Nimal, président d’OSSEOMATRIX, était entièrement consacrée aux applications dans le
secteur médical. Elle a été structurée en plusieurs ateliers : implants
et prothèses, épithèses et orthèses, modèles et guides et enfin bio-impression. En introduction à la session, Paulo Bartolo, de l’université de
Manchester, a apporté son expertise sur ces domaines et proposé une
mise à jour de l’état de l’art dans le domaine médical. Il s’est appuyé
sur de très nombreux travaux et sur des évolutions particulièrement
intéressantes qui ont été reprises et illustrées pour la plupart d’entre
elles par les intervenants qui ont suivi. La présence de praticiens prothésistes et de chirurgiens, en complément de constructeurs et de
34
A3DM magazine
n°5
prestataires, a apporté une richesse toute particulière à cette session. Les enjeux réglementaires ont
également fait l’objet d’une présentation. Le lien
avec les technologies de scanning, de reconstruction et de modélisation 3D, de réalités virtuelle et
augmentée, d’assistance au geste chirurgical a été
largement commenté par certains orateurs. Parmi
ces derniers, le chirurgien Jean-Christophe Bernhard, du CHU de Bordeaux, a présenté un modèle
imprimé en 3D spécifique à la pathologie tumorale dont l’utilisation d’un matériau transparent a
révolutionné l’approche chirurgicale. Vous pouvez
retrouver l’article « L’impression 3D au service de la
chirurgie rénale », dédié à cette application, dans
A3DM Magazine n°4 ou sur le site www.a3dm-magazine.fr. Enfin, l’association CellSpace a présenté
le projet iLite, en lien direct avec la démarche de
mise en place d’une plate-forme de bio-impression
en milieu hospitalier.
En début d’après-midi, le keynote de Benoît Furet,
chercheur à l’IRCCyN, a dressé un état des lieux sur
les dernières évolutions de la fabrication additive
pour la construction et le bâtiment. Il a également
introduit la technologie qu’il développe, basée sur
un matériau de type foam, et qui a déjà montré son
potentiel par les projets innoprint3D et batiprint3D.
Implants
La dernière session « Enjeux et défis de la formation aux méthodes et technologies de la fabrication additive », animée par Benoît Eynard, directeur général chez AIP-PRIMECA, était consacrée
à la formation à tous les niveaux. Les différents
témoignages ont montré les acquis en formation
initiale, en formation continue mais aussi en formation de formateurs. Un bilan de l’action menée
pour formaliser les référentiels de formation, en
lien avec le Ministère, a été proposé et commenté
dans l’attente de voir ces référentiels intégrés aux
programmes officiels des cursus de formations des
lycées, des écoles et des universités.
LES ÉCHOS DE L’AFPR
Les Trophées de l’AFPR
3
Traditionnellement, les Trophées de l’AFPR
(figure 1) sont décernés à des réalisations
exemplaires et innovantes. Cette année,
quatre Trophées ont été remis.
Meilleure étude : société 3A SAS et UTT (antenne de Nogent). Méthodologie innovante
pour produire des pièces en alliages métalliques homogènes au moyen de la technologie
EBM.
Meilleure pièce : sociétés Volum-e / Airbus
Safran Launchers. Pièce de formes complexes
et intégrant différentes fonctions, nécessitant
des centaines d’heures de fabrication sans
aléas machine ni défaut (figure 2).
1
2
Meilleure application de la fabrication additive : sociétés Höganäs AB / Digital Metal.
Nouvelle technologie de fabrication de petites
pièces métalliques précises par processus indirect à partir de modèles fabriqués sans support
et avec une haute résolution (figure 3).
Prix spécial du jury : Olaf Diegel pour sa guitare en aluminium.
Repensez la conception
Support mécanique pour satellite spatial
produit sur une AM250 Renishaw.
Explorez le potentiel de la fabrication additive
Les systèmes de fabrication additive de Renishaw utilisent la technologie de fusion laser sur lit de poudre pour produire des
pièces métalliques complexes, entièrement denses directement à partir de CAO 3D.
Souvent appelée impression 3D, cette technologie n’est pas bridée par les règles de conception de la fabrication traditionnelle.
Elle crée des géométries complexes comme les canaux de refroidissement conformes pour les moules d’injection, réduit le
poids des composants en ne plaçant de la matière que là où cela est nécessaire, optimise l’assemblage en limitant le nombre
de composants. La fabrication additive est aussi complémentaire aux technologies d’usinage conventionnelles et contribue
directement à réduire les délais, les coûts d’outillages et les déchets matière.
Pour plus d’informations, visitez www.renishaw.com/additive
Renishaw S.A.S. 15 rue Albert Einstein, Champs sur Marne, 77447, Marne la Vallee, Cedex 2, France
T +33 1 64 61 84 84 F +33 1 64 61 65 26 E [email protected]
www.renishaw.fr
NORMALISATION
STANDARDS ET NORMES
DES DONNÉES IMPRIMABLES
Depuis les premiers travaux de recherche sur ce qui allait devenir la fabrication
additive dans les années 70 et le brevet de Charles W. Hull, le sujet du codage
de l’information numérique permettant de piloter le processus matériel
de fabrication est resté une problématique d’une brûlante actualité.
Par Jérémie Farret.
T
out d’abord, la question d’encoder et d’embarquer l’information numérique d’un
objet matériel est un problème complexe,
qui touche tout autant les domaines de la conception assistée par ordinateur, de la modélisation et
simulation visuelle et géométrique, du transfert de
données, que les caractéristiques mécaniques de
l’équipement d’impression ainsi que les caractéristiques et limitations des consommables utilisés, ou
encore la validation de la qualité de la pièce une
fois produite. En conséquence, la question du format de données utilisé peut toucher des considérations métrologiques (fidélité, finition des surfaces,
déformations), physiques (résistance, gradients
de propriété…), de colorimétrie (l’exemple de la
reproduction des tableaux d’art par fabrication
additive en étant le parfait exemple). Il y a donc
36
A3DM magazine
n°5
potentiellement une multitude de paramètres à
prendre en compte, fonctionnels (la géométrie de
l’objet, ses caractéristiques physiques et visuelles),
mais également non fonctionnels (les réglages et
modes du processus de fabrication, par exemple),
qu’il convient de véhiculer dans les données imprimables.
Comme nous avons pu le voir dans la première partie (article « Vers une alternative au format STL »
dans A3DM Magazine n°4), les techniques de modélisation géométriques ont également beaucoup
évolué en trente ans, qu’il s’agisse de la nature
des informations utilisées pour la conception des
modèles tridimensionnels, ou des capacités des
matériels de modélisation et de simulation, ou de
la puissance de calcul pure et des capacités de simulation visuelle des systèmes graphiques modernes.
NORMALISATION
Enfin, parce que les équipements d’impression 3D
évoluent à un rythme soutenu et que les caractéristiques des équipements, la nature des consommables et la finesse du contrôle sur les attributs
du produit fini ne cessent d’évoluer, les données
numériques doivent également évoluer de façon
à refléter les besoins et exigences de la communauté des utilisateurs.
Il suffit de considérer le nombre d’initiatives de
normalisation qui se sont succédées, avec un succès divers, ces vingt dernières années, et de les
comparer avec le format originel STL, qui est toujours et plus que jamais, en dépit de ses immenses
limitations, le plus utilisé, pour prendre la mesure
du défi que représente aujourd’hui la normalisation des données imprimables.
Les formats historiques
Un certain nombre de formats utilisés aujourd’hui
remontent à la naissance de la fabrication additive et de l’informatique graphique. Les raisons de
leur longévité sont multiples. L’une d’elles est industrielle, les fabricants d’équipements d’impression 3D ayant structuré leur activité autour d’une
course aux nouvelles techniques et matériaux
dans laquelle les revenus liés aux consommables
ont eu longtemps une part considérable. Dans un
tel contexte, les nouvelles technologies d’impression et les données numériques nécessaires pour
les décrire et les contrôler (finition de surface,
contrôle des matériaux ou d’impressions multimatériaux, gradients de propriété, gestion de la
couleur…) ont longtemps été gardées strictement
séparées des données géométriques produites par
l’utilisateur, qui sont donc restées essentiellement
inchangées pendant près de trente ans.
Voici ses limitations notables en tant que standard.
• L’absence d’information d’échelle et le fait que
les unités soient arbitraires, rendant toute métrologie des pièces imprimées impossible sur la
base de l’information embarquée.
• Des limitations importantes en terme de référentiel. (Les coordonnées doivent être positives.)
• Le fait que le maillage soit de fait un sous-ensemble non structuré, brut de triangles, ôtant
encore davantage d’informations de conception que d’autres formats polygonaux. Cette
limitation est particulièrement signifiante dans
des cas de géométrie erronée : triangles superposés, disjoints, problèmes de normale, etc.
• La couleur ne fait pas partie du standard. Il
existe de ce point de vue deux variations du format STL, la version VisCAM / SolidView et une
version de Materialise Magics, qui sont résolument incompatibles, et dont l’identification est
problématique pour les lecteurs STL qui voudraient supporter les deux encodages.
VRML et X3D
Ce format, apparu en 1994 et standardisé par
ISO en 1997, n’a absolument pas été conçu pour
l’impression 3D, mais pour la représentation et la
communication de données tridimensionnelles,
en particulier sur Internet et le World Wide Web.
Toutefois, ce format avait pour avantage de proposer une représentation polygonale similaire
à celle du STL, tout en supportant une représentation standardisée des informations de tex-
STL-file
STL
Le format STL a été introduit par 3D Systems,
société fondée par l’inventeur du brevet de stéréolithographie en 1986. Ce format, aujourd’hui
utilisé par l’écrasante majorité des équipements
d’impression 3D, ne contient que très peu de la
sémantique de conception originelle. Il est lié à la
représentation polygonale de la surface de l’objet, illustrée dans son acronyme signifie « Standard Triangle Language » ou « Standard Tessellation Language ». Cette représentation implique
nécessairement une approximation du modèle de
conception original, tel qu’illustré dans la figure 1.
Exemple de modélisation STL comparée
à l’information originelle de conception (en rouge)
1
A3DM magazine
n°5 37
NORMALISATION
STEP
ture et de couleur. Pour cette raison, lorsque les
fabricants d’équipements d’impression 3D ont dû
proposer à leurs utilisateurs des formats 3D supportant la couleur ou la texture, certains se sont
tournés vers le VRML et son successeur, le X3D.
Aujourd’hui, des imprimeurs en ligne tels que
Shapeways proposent toujours le VRML comme
format de description de pièces imprimables en
couleur. Le département américain National Institutes of Health liste également le STL et le VRML
comme formats « les plus communs et universels
pour l’impression 3D » et ne mentionne les nouveaux formats tels que l’AMF, par exemple, que de
façon provisionnelle.
Les formats propriétaires
Très souvent, et pour des raisons que nous avons
déjà abordées, les constructeurs d’équipement
d’impression ont choisi de promouvoir leurs
propres formats. Il peut s’agir de données venant
s’ajouter aux informations STL à l’étape de préparation du travail d’impression, comme on le voit
très souvent en ce qui concerne des informations
sur l’optimisation de l’impression du volume de
l’objet, avec la gestion des treillis / lattices, par
exemple. Mais il peut également s’agir d’initiatives
plus ambitieuses. À ce titre, on peut mentionner le
format .form, par exemple, pour les imprimantes
Form1, ou encore le format XPR, utilisé par les
logiciels ZPrint et ZEdit utilisés par certaines imprimantes ZCorp.
STEP (ISO 10303) ou « Standard de l’échange de
données de produit » est un standard ISO qui a
pour objet d’uniformiser la représentation de la
chaîne complète de production, de la conception
et du développement jusqu’à la fabrication et
la maintenance des produits. De par son niveau
de couverture, STEP – avec son implémentation,
AP242 – était en principe un candidat idéal pour la
normalisation des données imprimables, puisqu’il
en couvre totalement la chaîne, de la conception
jusqu’à la fabrication. Dans les faits, le nombre important de participants et la complexité immense
qui en a résulté a posé des problèmes rédhibitoires dans l’utilisation de STEP pour la fabrication
additive. Il n’est de ce fait mentionné le plus souvent dans un contexte d’impression 3D que pour
tenter d’en assurer l’export vers des formats imprimables, opération de base qui peut tout de même
se révéler d’une immense complexité du fait de la
nature extrêmement multiforme de ce standard.
Les formats en émergence
STEP-NC
STEP-NC (ISO 14649-238, également connu sous
l’acronyme AP238), créé en 1999, étend la norme
STEP pour y inclure la standardisation des phases
de production par commande numérique (Computer Numerical Controlled ou CNC). Il prend la
suite de la norme ISO 6983, qui introduisait la
programmation en G-code permettant de décrire
dans l’espace des opérations d’usinage. Ceci est
particulièrement important dans le contexte de la
fabrication additive, qui s’est appropriée très tôt
le G-code pour décrire les opérations de dépôt de
matière pour chaque tranche. Il suffit également
de considérer l’existence aujourd’hui de kits pour
transformer les équipements CNC en véritables
imprimantes 3D pour juger de la proximité étroite
qu’il y a entre ces deux types de matériels.
Toutefois, et en dépit de la relative logique qu’il
y aurait pour la fabrication additive à adopter
STEP-NC, l’adhésion des fabricants d’équipement
d’impression et des utilisateurs à ce format n’est
pas encore au rendez-vous. Des outils comme AdditiveNC, qui au sein des STEP tools a pour objectif
de connecter STEP-NC aux étapes de tranchage
d’équipements d’impression, sont par exemple
encore actuellement relativement confidentiels.
38
A3DM magazine
n°5
NORMALISATION
AMF
Patchs triangulaires
L’AMF (ISO 52915) ou « Additive Manufacturing File Format », qui
a également été appelé à ses débuts « STL 2.0 », est un format de
type XML qui a pour objectif de décrire la forme et la composition
de n’importe quel objet imprimable par n’importe quel équipement
3D. À l’opposé de STEP-NC, il ne s’attache qu’à la représentation des
informations de conception et n’intègre pas les données numériques
de fabrication. Mais à l’inverse du STL, il propose un format natif de
la couleur, des matériaux, des treillis / lattices et des constellations.
Il propose optionnellement, la gestion de patchs triangulaires courbés, avec l’objectif de compresser l’information et / ou d’améliorer
le niveau de fidélité des données imprimables vis-à-vis des modèles de
conception, comme l’illustré la figure 2.
La description de la couleur et des attributs solides en particulier est
bien mieux supportée que dans le cas du STL ou même du VRML /
X3D et intègre les textures solides ainsi que des techniques de description des densités de matières (vides également) qui sont tout à
fait compatibles avec des approches de description de type NDCode,
par exemple. Celles-ci sont relativement puissantes et permettent en
théorie l’import de données voxel, la traduction de représentations
CSG simples (mais pas CSG), la génération dynamique de treillis /
lattices et autres gradients de densité. Cela permet notamment le
support des matériaux à gradient de fonctionnalité (Functionally
Graded Materials ou FGM), domaines particulièrement porteurs à
l’heure actuelle.
Créé sur la base d’ambitions larges et de fonctionnalités innovantes,
le format AMF n’a probablement pas encore rencontré les niveaux
d’adhésion auxquels il pouvait prétendre. Les raisons en sont multiples et complexes.
• Souvent mentionné par les utilisateurs non industriels (chercheurs,
makers…), le fait que le format, bien que standard ISO depuis sa
version 2013, n’est pas gratuitement disponible à l’ensemble de la
communauté des utilisateurs représente probablement un certain
frein pour les plus petits acteurs de l’impression 3D, à relativiser
toutefois du fait du faible coût du document.
• Au niveau industriel, le support très timide des constructeurs de
matériel et des éditeurs de logiciel a certainement été un frein à la
diffusion du standard. Les raisons de ce délai sont multiples, mais
parmi celles-ci on peut très certainement lister les freins à l’interopérabilité des équipements d’impression 3D déjà évoqués et donc
les raisons concurrentielles qui ont permis jusqu’ici de donner au
STL sa longévité exceptionnelle.
• L’attention donnée au AMF lors de sa sortie en tant que « STEP
2.0 », qui s’est cristallisée sur l’introduction des patchs curvilignes,
fonctionnalité optionnelle de la norme dont le niveau d’adoption
s’est finalement avéré restreint. Les évolutions majeures en termes
de texture solide, treillis / lattices, ou de représentation fonctionnelle ont par comparaison bénéficié d’une moindre exposition.
• Le fait que certaines portions du standard soient relativement
moins bien supportées par les logiciels de référence disponibles
tels qu’AMFtools. On peut mentionner à ce titre les fonctionnalités de représentation fonctionnelle ou de textures solides, par
exemple. Ce problème a pu entraîner des conséquences en termes
d’adhésion de certains secteurs qui utilisent ces types de données
extensivement, tels que celui de la santé.
2
Exemple de triangle curviligne
supporté par l’AMF.
Aujourd’hui, le support des fonctionnalités de
modélisation et de texture solide trouve un regain
d’intérêt du fait des techniques d’impression 3D
émergentes qui supportent par exemple les gradients de propriétés ou la résolution voxel. De
nouvelles activités, telles que celles du groupe
de travail ASTM sur la modélisation solide (ASTM
WK48549), maintenant activité de normalisation
ISO (ISO/TC 261 JG 64), s’attachent aujourd’hui à
permettre et à faciliter l’utilisation de ces fonctionnalités théoriques de l’AMF et à les promouvoir au travers d’un document guide. Cette activité est menée via le concours de représentants
de secteurs d’activités divers, partageant les problématiques de l’imagerie médicale, de la métallurgie, des matériaux à gradient fonctionnel, des
tests non destructifs et des mécanismes de traçabilité et d’identification/authentification.
A3DM magazine
n°5 39
NORMALISATION
3MF
Le « 3D Manufacturing Format » ou 3MF est un format de fichier développé par un consortium industriel.
Comme l’AMF, il s’ait d’un format de fichier basé sur XML. Comme l’AMF, il a pour objectif d’ajouter la représentation des couleurs, des matériaux et de toute autre information de conception imprimable qui n’est
pas traduisible à l’heure actuelle dans le format STL. Il existe de très grandes similitudes entre les formats
AMF et 3MF, à tel point que courant juin 2016, une liaison a été établie entre ASTM, éditeur avec ISO/TC 261
de la norme AMF, et le consortium 3MF. Il y a toutefois un certain nombre de différences fondamentales.
• La spécification est disponible publiquement.
• Elle bénéficie d’un engagement d’acteurs majeurs parmi les constructeurs de matériels d’impression 3D
et les éditeurs de logiciels de conception, qui sont d’ores et déjà membres du consortium.
• Elle ne propose pas d’étendre les principes d’encodage de la représentation polygonale utilisée aujourd’hui dans le format STL, ce qui constitue tout à la fois une simplification et une limitation au regard
des considérations présentées dans la première partie de l’article.
En revanche, la spécification est encore jeune et les aspects de treillis / lattices ou texture solide sont peu
ou pas développés dans la documentation actuellement disponible, alors qu’il s’agit d’éléments fondamentaux pour l’interopérabilité avec certains formats solides et domaines industriels d’application. Il est
difficile à l’heure actuelle de juger du devenir de cette nouvelle norme.
Géométrie de conception (données CAO,
intelligence embarquée, Geometric
Dimensioning and Tolerancing / GD&T...)
STL
VRML / X3D
STEP
AMF
Couleur et texture,
lattices, gradients de propriété...
Information de production / CAM
(tranchage, finition...)
Cycle de vie du produit
(test non destructif,
archivage, sécurité...)
3
3MF
NDCode
Géométrie d’impression
ASME Y14.5
GD&T ?
STEP-NC
AMF
Cartographie des principaux standards présentés.
Un exemple concret
La figure 3 résume graphiquement les standards
présentés. En couleur vive, les standards conçus
pour l’impression 3D, en pastel, les standards qui
ne le sont pas. Les standards publics historiques
(qui ont plus de dix ans) sont présentés en vert, les
standards récents en jaune (moins de dix ans) et,
en bleu, les initiatives industrielles (consortiums).
On y voit la limitation du STL et du VRML, la couverture très étendue du STEP et du STEP-NC, mais
avec le problème d’une conception non spécifique
à l’impression 3D. L’AMF a actuellement une couverture fonctionnelle bien plus importante que le
3MF, d’autant plus que des initiatives sont en cours
concernant les tests non destructifs, la sécurité…
ainsi que des échanges sur des éléments comme
les tolérances et dimensionnements (ou GD&T,
couverts par ASME Y14.5, par exemple). À titre
d’exemple, le positionnement revendiqué par le
NDCode présenté dans la première partie de l’article est illustré à la droite du schéma.
40
A3DM magazine
n°5
Des travaux préparatoires menés avec le concours
de Quick Prod, spécialiste français de l’impression
3D pour la fabrication par cire perdue de pièces de
joaillerie dans le contexte des standards et de la
modélisation mathématique d’objets imprimables,
permettent d’illustrer les problématiques de standards de données. En utilisant la représentation
polynomiale NDCode introduite dans le numéro
d’A3DM Magazine précédent (du type F-Rep supporté par AMF 1.2, bien que d’un degré supérieur),
il a été possible d’encoder avec une précision
exacte en format NDCode un modèle complexe,
occupant moins d’un kilo octet, contre plusieurs
dizaines voire plusieurs centaines de méga octets
pour une représentation STL de qualité inférieure.
Il est alors possible de le transférer numériquement
(ici du Canada vers la France), de le traduire dans
une représentation consommable par le matériel
cible, de faire une impression 3D en cire puis de
produire la pièce en argent comme sur la figure 4.
NORMALISATION
Cet exemple illustre bien l’avantage qu’il y a à faire évoluer les standards d’impression 3D, qu’il s’agisse de qualité, de stockage, de transfert ou de sécurité.
Des technologies nouvelles qui poussent
les normes à se réinventer
La problématique de la simulation et du test non destructif
Les applications industrielles de la fabrication additive ont besoin de
processus de contrôle de qualité produit performants, en particulier
en termes de métrologie mais également de test non destructif. Ces
processus sont de grands consommateurs d’analyses non destructives
(gammahertz, tomographie, acquisition laser…). La capacité à réintégrer le résultat de ces analyses, c’est-à-dire des données de type multislice ou voxel, dans les données de fabrication est un excellent moyen
de contrôler la performance de la chaîne de fabrication.
Les applications du domaine de la santé, et en particulier l’orthopédie, utilisent la fabrication additive pour adapter prothèses, orthèses
et supports à la physiologie du patient, et cette physiologie est représentée par des données solides, là aussi de type multi-slice ou voxel.
Pour ces deux domaines industriels, la capacité à gérer les textures
solides et à importer les données multi-slice ou voxels apparaît comme
absolument fondamentale.
Les matériaux à gradients de fonctionnalité
Les matériaux à gradient de fonctionnalité (« functionally graded materials » ou FGM) demandent pour leur fabrication par impression 3D
d’introduire un contrôle fin de leur densité. C’est l’objectif des fonctionnalités de contrôle de lattices et de texture volumique d’AMF, par
exemple, de supporter ce type de gradient de fonctionnalité, qu’il
s’agisse de rigidité, d’opacité, de caractéristiques thermiques, etc. Ici
aussi, qu’il s’agisse d’avionique, de formule 1 ou autres, les applications industrielles des gradients de fonctionnalité rendent essentiel
le support des textures solides et des imports de représentations tels
que la tomographie ou le voxel pour les standards d’impression 3D.
4
La
et
en
la
géométrie du pendant en NDCode
le résultat de son impression 3D
argent tel qu’illustré dans
première partie de l’article.
Les considérations de sécurité
Un modèle numérique imprimable véhicule une grande partie, si ce
n’est la totalité, de la propriété intellectuelle et technique associée
à un produit. Pour cette raison, les considérations de sécurité sont
absolument essentielles en matière d’impression 3D. Pour autant, ces
considérations sont quasi absentes à la fois des normes historiques
et des standards émergents. Des initiatives tentent d’introduire et
d’implanter ces notions dans les standards. À ce titre, par exemple, le
3MF positionne le cryptage, à défaut de l’implanter. L’AMF fait mention à des champs ou méta-informations permettant d’identifier la
source des données. Il existe également ponctuellement des échanges
entre normes de sécurité et traçabilité et activités de normalisation
de l’impression 3D. Par ailleurs, des activités de liaison inter normes,
entre ISO/TC 261 (impression 3D) et ISO/TC 292 (sécurité et résilience),
par exemple, sont en cours. On ne peut que souhaiter que ces convergences se développent, dans l’intérêt même des utilisateurs de la fabrication additive.
Il est à noter qu’ici également, pour concevoir
et implémenter des mécanismes de marquage
et d’identification des objets imprimables, qu’il
s’agisse de composants additionnels (RFID et
autres dispositifs similaires) ou structurellement
ajoutés à la modélisation géométrique de la pièce,
les fonctionnalités de support des textures solides
ou de représentation volumique s’avèrent une
nouvelle fois incontournables.
Auteur
Jérémie Farret, secrétaire du sous-comité ASTM F42-04
de conception et responsable du groupe WK48549
sur le Support de la Modélisation Solide au sein du comité
ASTM F42 - Fabrication Additive, expert technique mandaté
par la délégation canadienne au comité technique ISO/TC
261 - Fabrication Additive, responsable du groupe JG64
sur le Support par AMF de la Modélisation Solide
([email protected]).
A3DM magazine
n°5 41
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
aux J.O. 2016 à Rio
RENCONTRE
L’impression 3D
À l’occasion des Jeux olympiques d’été à Rio, A3DM
Magazine s’est intéressé aux technologies de fabrication additive dans le sport. Pour ces rencontres
internationales, plusieurs athlètes chez les valides
mais aussi en paralympique utilisent des équipement conçus par impression 3D. Tous les acteurs
que nous avons contactés ne nous ont pas répondu.
Nous vous proposons deux rencontres. Tout d’abord
avec Clay Guillory, le fondateur et PDG de Titan
Robotics, qui a aidé Billy Lister, un jeune cycliste
paralympique atteint d’une maladie neurodégénérative qui a paralysé son bras gauche, à concevoir
un guidon sur mesure. Ensuite, Nawale Chelghoum,
commerciale chez Erpro & Sprint, qui est en charge
du projet des guidons JetOne by S2A pour l’équipe
française de cyclisme sur piste.
Propos recueillis par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef
A3DM magazine
n°5 43
RENCONTRE
Clay Guillory
Titan Robotics
Clay Guillory est le fondateur et PDG de Titan Robotics. Ingénieur
en mécanique, il a créé la société Titan Robotics dans son garage,
il y a deux ans. D’abord vue comme un passe-temps, l’impression
3D devient son gagne-pain. Rapidement, il construit sa propre
imprimante 3D grand format, pour son premier client, toujours
dans son garage. Au cours des deux dernières années, la société
a augmenté, passant du garage de la maison à un bâtiment à
Colorado Springs. L’une de ses productions sera utilisée par un
athlète paralympique aux Jeux olympiques de Rio.
Pourriez-vous présenter Titan Robotics ?
La société Titan Robotics est spécialisée dans la conception et la construction sur mesure d’imprimantes 3D
grand format. Nous aidons les entreprises à travers le
monde à améliorer la fabrication en utilisant l’impression 3D, en particulier pour de la production à grande
échelle. À côté des machines de fabrication, nous réalisons également des travaux d’impression personnalisés. Avec E-Nabling The Future, nous avons travaillé
bénévolement pour imprimer en 3D des prothèses
pour des enfants ayant des membres manquants.
À Titan Robotics, nous croyons que l’impression 3D
peut être utile pour améliorer la vie de nombreuses
personnes ayant un handicap physique, notamment
grâce à des dispositifs d’assistance personnalisés.
Qui est Allison Jones ?
Allison Jones est ingénieure en mécanique et une athlète paralympique américaine. Elle a rejoint l’équipe
Titan Robotics après avoir développé un intérêt pour
l’impression 3D. Allison est une paracycliste et skieuse
alpine pour l’équipe américaine. Les Jeux olympiques
de Rio sont ses huitièmes Jeux. Elle a gagné huit médailles paralympiques dont deux médailles d’or, trois
d’argent et trois de bronze, hiver comme été. Allison
est née avec une malformation congénitale qui a stoppé sa jambe droite juste au-dessus du genou. Elle uti-
44
A3DM magazine
n°5
RENCONTRE
lise ses compétences en ingénierie pour concevoir des
dispositifs de stabilité qui se fixent sur son vélo, puis
elle les imprime en 3D pour tester l’aérodynamique.
Après avoir trouvé la bonne conception, elle utilise la
partie 3D imprimée pour mouler le produit final en
fibre de carbone et l’attache à son vélo pour la compétition. Allison possède un diplôme en génie mécanique de l’université de Denver. Elle prévoit d’obtenir sa maîtrise en prothèse et orthèse, pour l’aider à
continuer à concevoir et à fabriquer des prothèses et
appareils de stabilité pour les compétitions sportives
et loisirs. Elle espère être en mesure de poursuivre ce
travail chez Titan Robotics en utilisant l’impression 3D
grand format.
Quel est le handicap de Billy Lister
et quel était le défi pour Titan Robotics?
Billy Lister (photo ci-contre) est un jeune cycliste paralympique. Une maladie neurologique a paralysé son
côté gauche après avoir subi un accident cardiovasculaire lorsqu’il était adolescent. Billy fait face à un
défi particulier à vélo. L’effort physique lui fait perdre
tout contrôle de son bras gauche. La position inconfortable n’aide pas. Il se tend et perd ses moyens. Cela
a ralenti Billy, en particulier sur les longs trajets pour
les courses sur route. Après réflexion, Allison et lui ont
décidé de concevoir un dispositif spécifique, attaché à
son guidon, qui maintiendrait son bras dans une position confortable et aérodynamique.
partie pourrait être imprimée en un jour. Allison et
Billy étaient en mesure de réaliser plusieurs versions
de la « perche de bras » pour tester et trouver une
conception plus juste. L’impression 3D vous donne
également la possibilité de concevoir des pièces complexes qui seraient normalement difficiles à concevoir.
Cette technologie leur a donné la possibilité d’ajouter
de petites fonctionnalités sur l’appareil, telles que le
point de pression sur le poignet de Billy.
Quel procédé et quels matériaux ont-ils utilisé
pour concevoir cette « perche de bras » ?
Le dispositif a été imprimé sur l’une des imprimantes
3D de Titan Robotics, utilisant le procédé appelé
« FDM », « Fused Deposition Modeling » (impression
3D par dépôt de matière fondue). Il a été fabriqué à
partir de filament plastique PETG.
Quels ont été les critères de cette évolution ?
Le dispositif devait être léger et aérodynamique, et
assez fort pour supporter le poids de Billy lors d’une
course de vélo.
Quelle a été l’optimisation topologique
apportée ?
Les contraintes de temps ne nous ont pas laissé assez
de temps pour optimiser ce dispositif. Nous avons réalisé l’impression 3D simplement tel qu’il fut conçu et
physiquement testé par Allison et Billy.
Quel a été le dispositif produit
par l’impression 3D ?
Allison et Billy sont venus un jour au bureau avec le
modèle d’un dispositif de maintien pour le bras de
Billy. Allison avait conçu ce modèle sur SolidWorks.
Ils souhaitaient l’imprimer en 3D pour le tester sur
le vélo de Billy. Ils ont dû ajuster la conception après
le test et créer plusieurs versions de la « perche de
bras ». Allison a réaliser que l’appareil pourrait avoir
un autre rôle que celui de simplement tenir le bras
de Billy, qu’il pourrait également exercer un point de
pression sur son poignet pour détendre ses nerfs et
redresser son bras. Cette position plus détendue et
naturelle a permis à Billy d’augmenter sa vitesse de
course. Pour Billy, ce dispositif a changé les règles et
a joué un rôle majeur dans sa qualification pour les
Jeux paralympiques de 2016 à Rio.
Pourquoi avoir utilisé la technologie
d’impression 3D ?
L’impression 3D vous permet de concevoir et de fabriquer une pièce à très faible coût et dans un court laps
de temps. Le plastique utilisé pour fabriquer le dispositif est relativement peu coûteux, et une nouvelle
A3DM magazine
n°5 45
RENCONTRE
Nawale Chelghoum
Projet guidons JetOne by S2A
Nawale Chelghoum, commerciale chez Erpro & Sprint, est en charge du bon
déroulement du projet des guidons JetOne by S2A. Ces guidons JetOne ont
été développés pour les cyclistes de la Fédération française de cyclisme afin
d’optimiser leur performance lors des derniers J.O. à Rio. Un travail réalisé
en partenariat avec la soufflerie S2A.
Erpro & Sprint a réalisé les guidons JetOne by S2A
qui seront utilisés par les coureurs des équipes
de France de cyclisme aux J.O. de Rio. De quoi
s’agit-il ?
Ce modèle de guidon est issu d’une étude en
soufflerie réalisée par GIE S2A. Quelle a été
l’optimisation topologique par rapport aux
guidons précédents ?
Il s’agit d’un guidon optimisé pour chaque athlète.
Il est conçu en étudiant la position des sportifs et
s’adapte ainsi parfaitement à chacun d’entre eux.
Christophe Cadalbert, l’ingénieur de S2A qui a piloté le
projet, s’est inspiré des profils issus de l’aéronautique
afin de créer une structure légère, optimisant ainsi la
résistance aérodynamique à laquelle les cyclistes font
face lors des courses.
L’optimisation des guidons s’est faite d’un point de vue
aérodynamique afin d’obtenir les meilleures performances sur pistes mais aussi d’un point de vue structurel. En effet, l’intérieur du guidon est réalisé en structure lattice conférant légèreté et rigidité à la pièce.
Seule la fabrication additive est capable de produire
ces guidons. Cette technique d’impression couche par
couche permet de réaliser la structure interne particulière du guidon et d’adapter chaque guidon à la morphologie du sportif.
Quels sont les critères auxquels
répondait cette optimisation ?
L’allègement des structures et la résistance aux efforts
exercés sur le guidon pour une plus faible traînée aérodynamique.
D’autres parties du vélo sont-elles conçues par FA
ou est-ce uniquement le guidon ?
Uniquement le guidon, pour l’instant.
Quel procédé et quels matériaux ont été utilisés
pour concevoir les guidons JetOne by S2A ?
Les guidons ont été fabriqués grâce à la fusion métallique. Ils ont été imprimés en aluminium, un alliage
léger, sur une machine de fabrication additive métallique SLM 280.
L’aluminium est un alliage léger qui résiste parfaitement à la pression exercée par les cyclistes. Il permet
d’obtenir une structure résistante et légère.
46
A3DM magazine
n°5
Selon la FFC, ce guidon sera commercialisé en
septembre 2016. Pouvez-vous nous le confirmer ?
Oui, le GIE S2A prévoit de commercialiser la gamme
de guidons JetOne à la rentrée. Ainsi tout le monde
pourra profiter des avancées techniques obtenues avec
Erpro et la FFC.
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RETOUR D’EXPERIENCE
Les grands supports
topologiquement optimisés
sont 25 % plus légers,
présentent un meilleur
rapport rigidité-poids
et ont été réalisés en
moins de temps qu’avec
un procédé traditionnel.
SOMMES-NOUS
AU POINT
DE BASCULEMENT ?
L’impression métallique directe (DMP ou«directmetal printing »)
progresse rapidement. Elle est passée du stade du prototypage
à la production pour des applications critiques dans un domaine
où le risque n’est pas permis. 3D Systems et Thales Alenia
Space ont introduit le procédé DMP dans la fabrication
de composants aérospatiaux.
Par Koen Huybrechts, ingénieur projet chez Quickparts.
T
hales Alenia Space, basée à Toulouse, en France, est un des premiers fournisseurs mondiaux dans le domaine aérospatial avec des revenus qui dépassent les
deux milliards d’euros en 2014. La compagnie emploie 7 500 personnes dans
huit pays et se spécialise dans les télécommunications spatiales, la navigation, l‘observation de la Terre, l’exploration et les infrastructures orbitales. Elle collabore avec 3D
Systems notamment pour la production de supports d’antenne (190 x 230 x 290 mm)
pour un satellite de télécommunications géostationnaire.
L’impression métallique directe est certifiée et disponible pour les applications aérospatiales de Thales Alenia Space utilisant notamment le titane. Aujourd’hui, pour certains
produits comme les satellites, 80 % des pièces en métal sont conçues par impression 3D. 48
A3DM magazine
n°5
RETOUR D’EXPERIENCE
Les supports imprimés
en DMP sont uniques
et montés sur l’antenne
d’un satellite de Thales
Alenia Space.
Une expertise rapide et efficace
Thales Alenia Space a travaillé avec l’équipe des
solutions Quickparts de 3D Systems en Belgique
pour concevoir et imprimer les supports Ti6Al4V
et garantir que tous les aspect de qualité et de
tolérances. Quickparts est un fournisseur de pièces
uniques qui propose une expertise dans la conception et l’impression 3D, ainsi qu’un support postfabrication éprouvé de manière à livrer des pièces
qualifiées pour le vol.
Thales Alenia Space et Quickparts ont travaillé
ensemble pour mettre en œuvre une optimisation topologique dans les procédés d’impression
3D qui a suivi la conception suivant une approche
orientée fabrication. L’optimisation topologique
détermine l‘agencement du matériau le plus efficace pour répondre aux spécifications de performances précises d’une pièce. Elle prend en
compte la place disponible, les contraintes qui
doivent être supportées, les conditions limites et
les autres facteurs critiques d’ingénierie. Chacun des quatre supports du satellite a nécessité une conception individualisée car ils sont montés sur les bords du réflecteur de l’antenne et visés
sur une surface mise en forme. RETOUR D’EXPERIENCE
L’équipe Quickparts
de 3D Systems a optimisé
topologiquement les
supports d’une antenne
sur un satellite de
télécommunications
géostationnaires
Prouver sa valeur
Les supports d’antenne ont été fabriqués par Quickparts sur une
version bêta de la machine ProX DMP 320 de 3D Systems. Cette machine est conçue pour la production de pièces métalliques à usage
industriel. Elle utilise une toute nouvelle architecture qui simplifie
la préparation et offre la versatilité nécessaire à la production de
toutes les géométries de pièces en titane (de classes 1, 5 et 23), en
super alliage de nickel et en inox 316L. Des modules de fabrication
échangeables offrent une versatilité accrue des applications et une
réduction des temps d’arrêts lors des changements entre différents
matériaux. Une chambre de fabrication sous vide contrôlée garantit
que chaque pièce est imprimée en offrant les propriétés, la densité
et la pureté chimique prévus. Les taux extrêmement bas d’O2 de la ProX DMP 320 offrent plusieurs
avantages : une meilleure conservation de la qualité de la poudre,
l’absence de micro-oxydation des pièces pendant l’impression, une
réduction du nombre d’interstices d’oxydes pendant l’impression et
des qualités mécaniques améliorées pour les alliages sensibles à l’O2
comme le titane.
La combinaison de l’expertise Quickparts de 3D
Systems et les possibilités de la machine ProX
DMP 320 ont permis de répondre exactement aux
besoins de Thales Alenia Space tout en diminuant
le temps de fabrication. De plus, les supports en
titane fabriquéspar DMP sont 25 % plus légers
que des supports fabriqués traditionnellement
et offrent un meilleur rapport rigidité / poids.Les
coûts de production ont été considérablement
réduit et le délai entre la commande et la livraison – qui comprend le temps de préparation des
fichiers, l’impression 3D, le traitement thermique,
la finition, le fraisage CNC, l’analyse du contrôle
qualité, le nettoyage et la traçabilité des données
– a été de quatre à cinq semaines contre 10 avec
les méthodes traditionnelles.
Accélérer l’adoption de la DMP
Les supports de fixation d’antenne pour satellite
ne constituent que le début de la collaboration
entre Quickparts de 3D Systems et Thales Alenia
Space. En 2015, 3D Systems a produit plus de 50
composants spatiaux pour trois satellites de télécommunications géostationnaires de Thales Alenia Space. Selon Florent Lebrun, spécialiste en
fabrication additive pour les applications dans
les antennes, cette dernière souhaite doubler la
production en 2016 en utilisant le procédé DMP.
Cette collaboration est emblématique de l’accélération de l’utilisation de l’impression 3D et de
procédé tel que la DMP par les organisations de la
défense et de l’aérospatial.
50
A3DM magazine
n°5
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