Matières - Allizé

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Matières - Allizé

Les ateliers de l’innovation
1/ Tour d’horizon des technologies de fabrication additive
MATERIAUTECH
2/ Présentation des technologies POLYJET et FDM par Stratasys
MG2 SYSTEMS
3/ La Fluoration dans la Plasturgie
SUDFLUOR
Tour d’horizon des technologies de fabrication
additive
20/11/2014 – Canet en Roussillon
Sébastien MOUSSARD – Ingénieur Matériaux
Matériautech®
39 rue de la Cité, 69003 Lyon
Programme
3

Présentation Matériautech

Principe de la fabrication additive

Terminologie

Les technologies de fabrication additive

Comparaison des technologies

Principaux secteurs concernés par la fabrication additive
Matériautech® / Sébastien Moussard / Fabrication additive / 20.11.2014
La Matériautech® est née pour répondre aux besoins des professionnels dans
le cadre d’une démarche d’innovation et d’information sur les matériaux et les
process.
4
6 Materiautech
®
Les matériautech®, sont des centres de compétence Européens en Plasturgie et Eco-Conception.
En Europe
LYON / GENERALISTE (Allizé Plasturgie)
PARIS / GENERALISTE (cfp)
OYONNAX / COMPOSITES & INJECTION (PEP)
SAINT- ETIENNE / DESIGNER (Cité du Design)
ALES / NANOMATERIAUX (Ecole des Mines)
ITALIE / MATIERES TECHNIQUES HT (Proplast)
Développements en cours
Autriche / Allemagne / Espagne / Finlande
5
L’univers des plastiques
Injection
6
Extrusion Soufflage
7
Thermoformage
8
Rotomoulage
9
Composites
10
Moulage
11
Décoration
12
Fabrication additive
13
Services…
La Materiautech®, ses services…
Conseils & Expertises…
Partenariat personnalisé
Abonnement Materiautech®
Commercialisation d’échantillons GEM®
Commercialisation d’arbres sensoriels
Commercialisation de valises thématiques
Location de salle de conférence
Prestations techniques …
Formations en plasturgie et composites
Location des ilots de production
Veilles matières et technologiques
Fabrication additive
14
Conseil en choix des matériaux et process
Formulation et compoundage
Analyse et caractérisation des matériaux
Expertise défaillance
Etudes mises au point et optimisation
d’outillages
Aide à la conception de produits plastroniques
Accompagnement en écoconception
Management en stratégie Design
Communication…
www.materiautech.org
Lettre d’information Materiautech® Mat News
Organisation de journées thématiques : Mat Days
Hotline: 0 820 482 448
Principe de la fabrication additive

Procédé de mise en forme d’une pièce complexe par ajout de
matière, par empilement de couches successives sans utilisation
d’outillages conventionnels
Modélisation 3D
sur ordinateur
Fichier CAO  STL
Préparation des
fichiers
Correction, placement
pièces, tranchage
Production
Finitions
15
Nettoyage, enlèvement
des supports, …
Terminologie de la fabrication additive
Prototypage
rapide
Impression 3D
• Modèles
géométriques
• Avant projets
• Grand public,
semi
professionnel
• Prototypes
• Tests préalables à
la production
Fabrication
rapide
• Bureaux d’études,
designers,
• Production de
pièces finales
• Petites séries
• Prototypes
grande
dimension
• PROFESSIONNEL
• PRODUCTION
• PERSONNEL,
EDUCATIF
Qualité basse
16
Qualité haute
Historique
Nombre de machines de fabrication additive







17
1980 : invention du procédé de SLA
1985 : dépôt de brevet du SLS
1988 : 1ère machine commercialisée
par 3D Systems
1988 : développement du procédé
FDM
2000 : développement du DMLS
2004 : démoncratisation grâce au
projet Reprap
Explosion des ventes depuis 2010
Principales applications de la fabrication additive

Prototypage
rapide
Part de la fabrication directe [%]
Maquette conceptuelle, visuelle
30
Tests d’assemblage/ajustement
25
28,3
24
Tests fonctionnels
20
• Résistance chimique
• Propriétés mécaniques
• Propriétés thermiques
19,6
17,2
15
14
Tests de durabilité
11,7
• Tenue au vieillissement (UV)
10
9,6
6,6
Tests réglementaires
5
• Qualité alimentaire
• Biocompatibilité
Fabrication directe de pièces
3,9
0
2003 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
• Petites séries (≥1)
• Personnalisation des produits
18
[Wohlers report 2013]
Les technologies de fabrication additive
Plastiques
ISO/ASTM 52921:2013
Projection jet
de matière
19
Photopolymérisation
PolyJet (Stratasys)
Stéréolithographie
(SLA)
MultiJet (3D
Systems)
Digital light
processing (DLP)
Projection de
liants
Color jet
printing(CJP)
Extrusion
Dépôt de fil
(FDM)
Fusion de
poudres
Frittage de
poudres
(SLS)
Frittage de
poudres (SMS)
PolyJet

Principe : Projection jet de matière
Têtes d’impression
Jet de résines photopolymères durcie par lampe UV

Matières
Lampe UV
Photopolymères à base acrylique, photopolymères
élastomères

Matériau B
Post-traitement
Dissolution de la résine support avec de l’eau
20
Matériau A
Niveau de détails élevé
Résistance thermo-mécanique limitée
Solution multimatériaux
Vieillissement des matières
Large choix de matières
Résine support à retirer
PolyJet - applications

Tests fonctionnels, réglementaires , validation visuelle

Simulation de plastiques techniques
•
•

Simulation de plastiques standards
•
•
•
•
•

21
En température jusqu’à 80°C
Simulation ABS (température, rigidité)
Transparence
Couleurs
Souplesse (TPE, caoutchoucs)
Simulation PP
Bio compatible
Réalisation de moules d’injection
Maquette concepts / protoyptes
Simulation surmoulage/multi-injection, soft touch
22
Médical
Prothèses dentaires
23
Stéréolithographie (SLA)

Résine photopolymère durcissant aux UV à l’aide
d’un laser (SLA)

Lentilles
Principe : Photopolymérisation
Laser
Rayon laser
Cuve
Photopolymère
liquide
Matière :
Photopolymères à partir de résine époxy, acrylate
Racle
Pièce

24
Nettoyage puis post traitement au four (étuve
UV)
Plateforme
Pièces avec une géométrie complexe
Résistance mécanique
Excellente finition, haute définition
Post traitement au four pour finaliser la
polymérisation
Cout compétitif
Vieillissement aux UV
SLA – applications

Tests fonctionnels, validation visuelle

Simulation de plastiques techniques
•
•

Simulation de plastiques standards
•
•
•
25
En température jusqu’à 60-70°C, 110°C (après
traitement)
Simulation ABS (propriétés mécaniques)
Transparence
Couleurs (blanc, ambre, bleu, noir)
Simulation PP
SLA – applications
Maquette conceptuelle, visuelle
Aide à la réalisation d’outillages en silicone
26
ColorJet Printing (CJP)
Alimentation
adhésif liquide

Principe : Projection de liants
Liant liquide imprimé par jet sur la poudre

Tête d'impression
Pièce
Rouleau
Poudre
Alimentation
poudre
Matière
Poudre à base de plâtre / liant liquide

Post traitement
Pas de support de construction
Piston
27
Piston
Multi couleur
Propriétés grossières et fragiles
Temps de fabrication rapide
Vieillissement des matières
CJP – applications

28
Fabrication de pièces multicolores / prototype visuels
Frittage sélectif de poudres (SLS)
Principe :
Fusion de poudres thermoplastiques par laser CO2

Rayon laser
Laser
Pièce
Rouleau
Matériaux : thermoplastiques

Poudre
Alimentation
poudre
PA6 (Solvay)
PA11, PA12, PEEK, PS, PA12+CF, PA12+GF (Eos GmbH,
3D Systems), Copolyester TPE
Piston
Piston
Post traitement : nettoyage de la pièce

Piston
Piston
Alimentation
poudre
Production de pièces à géométrie complexe
Texture granuleuse
Bonnes propriétés thermo-mécaniques
Propriétés anisotropiques
Tests fonctionnels, durabilité, réglementaires
Propriétés inférieures / matières injectées
29
SLS – applications
Tests fonctionnels, durabilité, réglementaires, petites séries

Fabrication rapide de prototypes fonctionnels / pièces grâce à l’utilisation de
thermoplastiques haute performance
•
•
•
•
•
•
•
•
30
Bonnes propriétés mécaniques, remplacement métal, PA+CF, PA+GF
Excellent ratio rigidité/gain de poids
Performance en température > 150°C, PEEK
Résistance au feu, PEEK, flame retardant PA12
Résistance à l’abrasion, PEEK
Bio compatible (PEEK, PA)
Excellentes propriétés chimiques : PA12
Elongation jusqu’à 200% Copolyester TPE, PEBA
Aéronautique
Conduits d’airs en PEEK
Conduits d’airs en PA
Médical
Implant en PEEK
31
Prothèses dentaires
Prothèses
[Eos GmbH]
Association avec un CT-scan
Design
Industrie
Lampe design
Automobile
Trompette
d’admission
32
Carter d’huile
Collecteur d’admission d’air
Cadran de feu avant
[Solvay]
Dépôt de fil fondu (FDM)
Filaments
Tête extrusion

Roue motrice
Principe : Extrusion d’un fil thermoplastique
Buse

Matières :
Thermoplastiques : PC, PC/ABS, ABS, PPS, PEI,
Nylon 12

Post traitement :
Plateforme
Pièce
Support pièce
Bobine matière
support
Bobine matière
Dissolution de la résine support dans du détergent
et de l'eau
33
Bonne propriétés mécaniques et
thermiques des matériaux
Finition – état de surface
Utilisation de thermoplastiques
Pièces anisotropiques
Coût
Choix des matières
FDM – applications
Tests fonctionnels, durabilité, réglementaires, petites séries

Prototypes fonctionnels grâce à l’utilisation de thermoplastiques haute
performance
•
•
•
•
•
34
Performances mécaniques : rigidité, résistance à l’impact (ABS, PC, PEI)
Résistance thermique > 150°C (PEI)
Excellente résistance au feu : comportement V0 des PEI
Biocompatible : ABS, PC, PPSU (stérilisable EtO et gamma)
Résistance chimique Nylon 12
FDM – applications
Aéronautique
Electronique
Conduits d’air en PEI
Ultem
Médical
ABS avec des
propriétés antistatiques
Industrie
Dispositifs médicaux en ABS
35
Matériautech®
/ Sébastien Moussard / Fabrication additive / 20.11.2014
[Stratasys]
Imprimantes grand public

Technologie FDM

À partir de 400 €

Matières :
•
•

36
ABS, PLA
Matières chargées bois, bronze, cuivre
Qualité faible
Innovation Arburg



Fabrication sans structure de support couche par couche,
à partir d’infimes gouttelettes
Utilisation de granulés standards économiques au lieu de
matériaux spéciaux onéreux
Possibilité d’avoir des solutions multi matières
Obturateur à buse cadencée
Vis injection
Granulés
Porte-pièces mobile à 3 ou 5 axes
37
Comparatif des principales technologies
Attribut
PolyJet
SLA
CJP
FDM
SLS
Matériau
Photopolymères
Photopolymères
Poudre à base de
plâtre
Thermoplastiques
Thermoplastiques
Finition /
Précision
+
+
+
-
-
0,015-0,203 mm
0,051-0,152 mm
0,089-0,203 mm
0,127-0,330 mm
0,102 mm
+
+
-
++
++
49,6-60,3
17,2-68,9
Faible
35,9-71,5
36,5-77,9
+
+
-
++
++
80°C
60°C (110°C)
Faible
>150°C
>150°C
+
+
-
+
+
1000×800×500
Objet1000
1500x750x550
iPro9000XL
508x381x229
Zprinter®850
914x610x914
Fortus900mc
1500x500x500
Hofmann
Oui
Non
Oui
Non
Non
20-500
30-600
15-200
1-450
150-600
Stratasys
3D Systems
3D Systems
Stratasys
EOS
3D Systems
Robustesse
[Mpa]
Tenue en
température
[°C]
Dim. max.
pièce [mm]
Multimatière/
muticouleur
Prix [k€]
Principaux
fournisseurs
38
Principaux secteurs concernés
Part de chaque domaine industriel dans les technologies de
fabrication additive
Architecture
3%
Militaire
6%
Education
8%
Autre
5%
Bien de
consommation /
électronique
20%
Transport
20%
Aerospatial
12%
39
Médical/dentaire
15%
industrie
11%

40
Médical
•
Modèles chirurgicaux uniques comme répliques de os
internes permettant de planifier des procédures
chirurgicales complexes
•
Instruments et guides médicaux,
•
Produits finis médicaux, dispositifs et prothèses
externes, outils d’administration de médicaments …

Aéronautique
•
Conduits d’aération pour avions de ligne
•
Éléments de ventilation pour hélicoptères
•
Réalisation de pièces complexes (gain de poids, …)
•
Réalisation pièces petites séries, individualisées
Etude de réingénierie d’une pièce pour en diminuer le poids
41
Gain de poids : 65 %

42
Automobile
•
Réalisation de guides et gabarits pour aide à l’assemblage des véhicules
•
Réalisation de systèmes de serrage utilisé pour vérifier, mesurer, assembler
les pièces automobiles





43
La joaillerie et les articles de mode
Les meubles et la décoration
Les jeux et les objets de collection
Les articles de sport
Biens personnalisés
44

Architecture

Science, archéologie
Forces des technologies de fabrication additive

Pas besoin de développer d’outillages
•
•
45
Élimination des coûts liés à l’outillage
Réduction des temps de développement outillage


Complexité des pièces / liberté de design par rapport aux
techniques traditionnelles
•
gain de poids, de matières, économique
Décapsuleur traditionnel
Gain de poids : 65 %
46
Décapsuleur
en fabrication additive
47


Complexité des pièces / liberté de design

Personnalisation / Individualisation / Différenciation


Complexité des pièces / liberté de design

Personnalisation / Individualisation / Différenciation

Flexibilité et réactivité
•
•
•
•
Gain sur le développement de produits
Gain sur la fabrication des outillages
Réalisation d’empreintes d’injection en 3DP
Réalisation de pièces séries
Time to market
48
Idée
Conception pièce
Idée
Conception pièce
Conception et Fabrication d’outillage
Impression
Production
Faiblesses des technologies de fabrication additive
49

Choix limité de matériaux par rapport aux techniques conventionnelles

Propriétés encore limités pour des applications hautes performances

Propriétés inférieures / technologies conventionnelles

Finition des pièces, Aspect de surface, (polissage, laquage nécessaire
pour des pièces esthétiques)

Utilisation de matériaux spéciaux onéreux (poudre, fils…) limitant le
choix des matières
La fabrication additive à la Matériautech®
1/Expertise
2/Formations
Benchmark des technologies et matières
Technologies de fabrications additives
Aide au choix des process adaptés à votre besoin Application sur OBJET 30 Impression 3D
3/Fabrications
Réalisation de pièces en Impression 3D
5 matériaux disponibles • VeroWhitePlus : matériau opaque blanc
• VeroBlue : matériau opaque bleu
• VeroBlack : matériau opaque noir
• VeroGray : matériau opaque gris
• DurusWhite : matériau de type polypropylène
50
La fabrication additive à la Matériautech®
Equipement Objet 30
Imprimante de bureau multifonction
Polyvalente | 5 matières |
haute résolution 28 microns | Précision 0,1mm
Plateau de 300 x 200 x 150mm |
Capacité 294x192,7x148,6mm
Matières
• VeroWhitePlus : matériau opaque blanc
• VeroBlue : matériau opaque bleu
• VeroBlack : matériau opaque noir
• VeroGray : matériau opaque gris
• DurusWhite : matériau de type polypropylène
51
Merci pour votre attention !
39 rue de la Cité 69441 LYON - Cedex 03 France
www.materiautech.org
52

Matières - Allizé

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