Le scanning laser 3D facilite la production d`outillages pour les

Le scanning laser 3D facilite la production
d’outillages pour les composants médicaux.
La MMT multi-capteurs réduit de 35% les coûts de
re-fabrication des matrices de forge pour les implants
Le scanning laser combiné avec le palpage tactile
sur une machine à mesurer tridimensionnelle
(MMT) Nikon Metrology s’adapte parfaitement
à la fabrication additive par couche (impression
3D) mise en œuvre par la société française
Applications Additives Avancées (3A), spécialisée
dans la fabrication additive de série. Ce système de
métrologie moderne est la clé pour réduire les délais
ainsi que les coûts de fabrication des composants
médicaux, aéronautiques ou mécaniques.
Située sur le Pôle Technologique de Haute Champagne à Nogent
en France, la société 3A a été créée en Janvier 2011 pour produire
en tant que sous-traitant, des pièces en alliage de titane et de
cobalt-chrome avec la technologie de fusion par faisceau d’électrons
(EBM). L’entreprise travaille principalement pour le secteur médical,
qui représente actuellement 75 pour cent du chiffre d’affaires et
pour laquelle elle produit entre autre des implants et prothèses
standards ou adaptables au patient ainsi que de l’instrumentation.
Toutefois, 3A travaille également avec le secteurs de l’aéronautique
pour lequel l’EBM est idéal pour produire par exemples des aubes
de turbines, ainsi que des assemblages complexes plus légers et en
une seule et même pièce.
Pour garantir un haut niveau de qualité de ses activités, entre
autre dans le cadre du référentiel ISO 13485 relatif aux dispositifs
médicaux, 3A s’est équipé d’une machine à mesurer tridimensionnelle
à portique Nikon Metrology (MMT) avec un volume d’inspection de
800 x 700 x 600mm. Un scanner laser LC15Dx Nikon Metrology
a également été commandé avec la machine pour mesurer des
formes 3D géométriques et/ou surfaciques (formes libres) avec une
précision de moins de dix microns, un ordre de grandeur inférieur à
la précision requise des pièces produites.
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Nous sommes très satisfaits du
scanner, et nous pensons qu’il
est le plus précis sur le marché.
L’électrode est automatiquement numérisée.
Pascale Marié, Manager des ventes et Marketing chez 3A, commente
« Nous sommes très satisfaits du scanner, et nous pensons qu’il
est le plus précis sur le marché. C’est la dernière version mise sur
le marché par Nikon Metrology et le premier système à avoir été
installé en France. »
« Avant d’acheter cet équipement, nous étions conscients que le
palpage tactile ne pouvait pas assurer un contrôle efficace des
géométries très complexes, tels que les structures alvéolaires ou
treillis que nous produisons avec la technologie Arcam EBM. C’est la
raison pour laquelle nous avons choisi le scanner LC15Dx.
« Pour les composants 3D moins complexes, nos ingénieurs utilisent
la MMT pour mesurer les pièces par palpage, car cela peut être plus
rapide et donc moins coûteux en terme de temps opérateur. »
Le Scanning laser permet de réduire les coûts de
production des pièces forgées
Mme Marié nous a également expliqué que dès la mise en service
du scanner laser, celui-ci avait permis de traiter une grande quantité
d’applications qui n’avaient pas été envisagées au départ. A titre
d’exemple, un client fabriquant des implants médicaux a eu besoin
de faire scanner toute une panoplie d‘outillages afin d’en générer
les fichiers CAO. En effet, ces anciens outillages encore en service
sont normalement fabriqués en électroérosion à l’aide d’électrodes
de cuivre ou bien étaient produits par copiage avec un pantographe,
car les acquisitions directes de données numériques n’existaient
alors pas.
Désormais, ce client fournit à la société 3A soit les matrices de
forgeage soit les électrodes ayant servi à leur réalisation. Les données
Programmation d’un cycle de rétro-conception sur une
électrode de cuivre qui est couramment utilisée pour
réaliser une matrice de forge destinée à la production d’un
implant fémoral de hanche.
de la rétro-conception sont générées directement sur la MMT Nikon
Metrology grâce au scanner laser LC15Dx couplé au logiciel Focus
Scan. Le délai d’exécution du processus complet de rétro-conception
est rapide, entre deux à trois jours. La numérisation d’une pièce
peut prendre entre 30min et 2.5 heures pour un moule en résine
hautement complexe, grâce à la vitesse d’acquisition du scanning
laser qui mesure 70.000 points par seconde à des intervalles de
22 microns. Il existe des centaines de matrices qui peuvent être
numérisées afin que les fichiers CAO soient disponibles dès que
les outils sont usés afin d’assurer la continuité de la production
d’implants.
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C’est là que le LC15Dx fait la différence puisque la précision des
résultats de mesure est comparable à ceux de l’inspection tactile.
Pascale Marié poursuit : «Les nuages de points issus du scanning 3D
de l’ensemble des formes d’un composant sont filtrés et transformés
en surfaces de type NURBS (Non-Uniform Rational Basis Spline) qui
sont regroupées pour créer le modèle CAO.
Le nuage de points résultant d’un cycle d’acquisition par scanning
laser
La surface virtuelle de l’électrode après maillage 3D.
Les modèles CAO numériques permettent au client de préparer
les cycles d’usinage afin que les matrices de forge puissent être
fabriquées sur des machines modernes d’usinage grande vitesse.
Cela contribue à réduire considérablement le cycle de production
ainsi que les coûts de l’ordre de 35 pour cent par rapport au procédé
d’électro érosion classique qui nécessite des électrodes coûteuses.
L’avantage financier qui en résulte est significatif, car les coûts
associés à la production des outillages de forge sont la variable la
plus importante se répercutant sur le prix final des produits forgés.
Une deuxième application de la numérisation concerne la réparation
d’ outillages existants. Une fois que les modèles CAO sont disponibles
pour un ensemble de matrices, il est possible de numériser l’ancien
outillage afin de le reconstruire avec précision en ajoutant de la
matière dans les zones présentant une usure importante. Ces zones
sont ensuite usinées et polies, le scanning laser permettra également
de de comparer ce nouveau profil avec le modèle numérique. Toutes
les zones souhaitées pourront ainsi être mises en évidence à travers
une analyse de déviation automatique ou interactive avec une
cartographie couleur et des rapports générés par le logiciel Focus
Inspection de Nikon Metrology.
Un très faible niveau de « bruits parasites » pour
des surfaces régulières de grande qualité.
Indépendamment du fait que le scanner soit utilisé pour la rétroconception ou pour la comparaison de pièces par rapport aux
modèles CAO dans le cadre du contrôle dimensionnel de composants
produits en EBM ou bien de la capitalisation de l’usure des matrices,
l’acquisition d’un nuage de points précis et de qualité est essentielle.
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« La finesse et la précision des surfaces générées par la MMT, le
scanner et le logiciel Nikon Metrology sont d’une telle qualité qu’elle
permet de garantir facilement la tolérance de 0,1mm requise au final
par notre client dans le cadre de la fabrication de ses matrices de
forge.. Le contrôle de la qualité de nos propres pièces produites en
fabrication additive est tout aussi fiable. »
Les surfaces réfléchissantes sont courantes parmi les pièces traitées
par 3A à Nogent, puisque les matrice de forge sont polies à la main
afin d’obtenir une précision élevée et que les implants de genoux
et de hanches sont également polis, pour optimiser le coefficient
de frottement. Les scanners laser ont généralement susceptibles de
générer des erreurs lors de l’inspection de surfaces réfléchissantes,
mais le LC15Dx grâce à sa lentille Nikon de très haute qualité
s’adapte parfaitement à ces conditions. Les réflexions indésirables
sont neutralisées dès l’acquisition par un filtrage automatique (ESP)
tandis que les variations de la lumière ambiante sont absorbées par
un filtre optique spécifique. Malgré tout, lorsqu’il s’agit de pièces
avec une finition de type « poli miroir », une intervention manuelle
peut s’avérer nécessaire afin de « poudrer » la pièce avec un spray
« matifiant » avant la numérisation.
Dans le cadre d’une relation de partenariat renforcé entre Nikon
Metrology et 3A, cette dernière a accepté de servir de centre de
démonstration dans l’Est de la France pour les solutions d’inspection
du fournisseur.
A propos de 3A
La société 3A – Application Additives Avancées- est
spécialisée dans la production de série de pièces métalliques
avec la technologie additive de fusion par faisceaux
d’électrons (EBM ®).
Contact:
www.rm4metal.com
[email protected]
A propos de NIKON METROLOGY
Nikon Metrology offre une variété extrêmement large en
terme de solutions dans le domaine de la métrologie, pour
des applications qui peuvent aller de l’électronique miniature
aux avions les plus grands.
Nikon Metrology propose des instruments de mesure précis
et innovants favorisant la mise en place d’un processus
intégré performant, de la conception à la fabrication, pour
que les manufacturiers puissent fournir des produits de toute
première qualité en un temps aussi court que possible.
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