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Fabrication additive – Impression 3D : une nouvelle approche de la conceptionProf. Sylvain HUGON – [email protected] - 5 décembre 2018

Avec l’accord Prof. Joël Cugnoni, Prof. A. Schorderet COMATEC, HEIG-VD

mailto:[email protected]

http://www.heig-vd.ch/tinDépartement des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018

FablabUn fablab « fabrication laboratory » ou encore « laboratoire de fabrication » Lieu cadré par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et la FabFoundation enproposant un inventaire minimal, un ensemble de logiciels et solutions libres et open-sources, les Fab Modules, et une charte de gouvernance, la Fab Charter.

Source : wikipédia / Photo : Courtesy of Victor Levy – ULB La cambre

Définitions - Fablab

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Fabrication additive – Impression 3D

Pour être identifié en tant que fablab par laFabFoundation, il faut passer par plusieursétapes et suivre une formation payante à laFab Academy.

L’initiateur des fablabs Neil Gershenfeld les aréunis dans un réseau mondial constitué de« nodes ».

Ils fonctionnent selon des codes très précisdont le fait que le lieu soit ouvert au public.

Présentateur

Commentaires de présentation

Un fablab « fabrication laboratory » ou encore « laboratoire de fabrication » Lieu cadré par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et la FabFoundation en proposant un inventaire minimal, un ensemble de logiciels et solutions libres et open-sources, les Fab Modules, et une charte de gouvernance, la Fab Charter. Pour être identifié en tant que fablab par la FabFoundation, il faut passer par plusieurs étapes et suivre une formation payante à la Fab Academy. Cela permet de devenir un « node » . Les fablabs sont réunis en un réseau mondial très actif, d'après son initiateur Neil Gershenfeld. Ils fonctionnent selon des codes très précis dont le fait que le lieu soit ouvert au public.

http://www.heig-vd.ch/tin

https://fr.wikipedia.org/wiki/Massachusetts_Institute_of_Technology

https://fr.wikipedia.org/wiki/Neil_Gershenfeld


Un exemple de fablab en entreprise :Renault favorise l’ambidextrie des salariés- En offrant l’opportunité aux salariés des unités d’exploitation de mener des activitésd’exploration : improvisation / conception innovante / bricolage / prototypage rapide.

- La conception innovante représente l’accompagnement méthodologique des salariésdans leurs activités d’exploration par des animateurs. Ces derniers sont formés enméthodes de créativité et de conception innovante.

Un vrai challenge avec de nombreux risques- Le management du fablab interne repose sur la capacité des responsables àconcilier les caractéristiques flexibles de la structure, à la nécessité de conserver unecertaine stabilité pour l’intégration des connaissances et des projets innovants dans leprocessus d’innovation traditionnel de l’entreprise.

Source : AMADOU LÔ - Université Jean-Moulin Lyon 3, CRM

Définitions - Fablab

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MakerspaceLieu de type atelier de fabrication numérique, évolution du hackerspace, ouvert au public et mettant à disposition des machines outils habituellement réservées à des professionnels dans un but de prototypage rapide ou de production à petite échelle.

le philosophe finlandais Pekka himanen définit l'éthique hacker

Travail : consiste dans le plaisir, dans le jeu, dans l’engagement dans une passion. Leshackers parviennent à s’affranchir du recours à l’autorité hiérarchique pour coordonner leursactivités, en lui substituant comme modalité principale la coopération directe.

Financier : Le mobile de l’activité du hacker n’est pas l’argent. Un des fondements même dumouvement du logiciel libre. Les mobiles qui président à l’engagement dans le travailcoopératif volontaire sont la passion, la créativité, et la socialisation.

Source : Wikipédia

Définitions - Makerspace

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Définitions - Additive versus Advanced manufacturing

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Advanced manufacturing = processus hybridesL’advanced manufacturing est l'utilisation de technologies innovantes pour améliorer lesproduits.

C’est la capacité à utiliser la technologie pour rester compétitif et augmenter la valeurajoutée.

Il s’agit de nouveaux processus et les techniques de fabrication avancées comme larobotique, le scanning et l’impression 3D intégrant des procédés numériques. On parleaussi parfois d'hybridation des processus.



Additive manufacturing« Ah… La fameuse imprimante 3 D !»

Technologie par simple dépôt de fil pour matériaux polymères PLA, ABS principalement.

L’additive manufacturing ou impression 3D aujourd’hui c’est un peu plus complexe !

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Fabrication additive – Impression 3DDéfinitions - Additive versus Advanced manufacturing


http://www.heig-vd.ch/tinDépartement des Technologies Industrielles Workshop Alliance 2018 7

Additive manufacturing :Selon la norme ISO 17296-2 qui s’appuie sur 7 principes physiques d’addition dematière, il est donc possible de classer les nombreux procédés de fabricationadditive suivant 7 grandes familles :

1. La polymérisation d’une résine sous l’action d’un laser2. Projection de gouttes de matériau3. Projection d’un liant sur un substrat de type poudre4. Solidification de poudre sous l’action d’une source d’énergie de moyenne à forte

puissance (laser ou faisceaux d’électrons)5. Projection de poudre ou fusion de fil dans un flux d’énergie (laser ou plasma)6. Fusion de fil au travers d’une buse chauffante7. Assemblage de couches à partir de feuilles ou de plaques découpées

Fabrication additive – Impression 3DDéfinitions - Additive versus Advanced manufacturing



Quand faire appel aux technologies additives

Une nouvelle approche de la conception

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Prototypage rapide• fast design – évaluation des cycles d’usage, feedback client

Produits sur mesure à la demande • Adaptation d’un design générique aux besoins clients et à une

production à la demande

Pièce unitaire ou petite série de production • Aucun coût d'outillage initial = technologie compétitive pour de petits

volumes et des produits en constante évolution

Pièces complexes à haute performance• Tellement complexe qu‘elles ne pourraient pas être produit par d'autres

moyens.• Intégrant autant de fonctions que possible

Pièces multifonctionnelles• Intégration de capteurs, de composants électroniques et d'autres

fonctions dans la pièce

Prototype fonctionnel et visuel

Pièces structurelles devant

soutenir des charges



Manufacturing chain


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ParametricCAD model =>Triangulatedsurface (STL)

CAD design, eventually FEA

CAM process: perimeters and infill patterns

Manufacturing file (Gcode) specificto machine & material

Additivemanufacturing

Design = CAD Process = «Slicer»/ CAM Prepro

CAD model => STL fileSTL file => Gcode / native NC



Les matériaux possibles


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Autres critères :Température de serviceResistance au fluageResistance aux chocsTénacitéusinabilitéStabilité UV / humidité

PLA

TPU/ TPE

NylonPETG/ABS/ASA

FRP Glass

Porous polymerStructures,

Foam, lattices

FRP Carbon

AlTiSteel

Densité

Souple

Flexible

Rigide

Fortementrigide

Très rigide /très dur



Limitation des procédés d’impression (SLS pour l’exemple)


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Src Solidworks.com

Angle limite sans support

Max bridges size

Src Concept Laser

Supports

Ponts maximumsSans supports

Src Solidworks.com

Autres limitations:délamination et déformation dues aux contraintes résiduelles, rugosité de surface, précision dimensionnelle.



Comment concevoir en additive manufacturing ‘


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Design conceptuel

• Ne pas tenir compte de la complexité de la géométrie• Essayer d'intégrer des fonctions et les interfaces• Pensez à la disposition générale (c.-à-d. découper un grand bloc)

Selectionmatériaux et

process

• Choisissez le matériau en fonction des contraintes extérieures, de la masse et de l'élongation maximale

• Sélectionnez le procédé additif (SLM, FDM, SLA, jet) dans le choix du matériau

• Évaluez ses limites (surplomb, support, résolution) en fonction du procédé

Design optimisé

• Prendre en compte les propriétés réelles des matériaux et des limites du processus.

• Choisissez l'orientation de la pièce, le pourcentage de remplissage, la stratégie de support, les paramètres de processus.

• Optimisez de la topologie / structure



Première conclusion


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L’additive manufacturing est plus polyvalent que les méthodes de production conventionnelles… Mais il y a aussi des limites !

Il faut comprendre les limites du procédé et des matériau, et donc il faut choisir un processus de conception spécifique et adapté à ce que l’on souhaite au final

Src DragonFly SRL, IT, dragonfly.am



Exemple de réalisation


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Micro CNC machining centerProjet MiniMaComp2 48167



De l’optimisation topologique aux structures lattices

Workshop Alliance 2018

Opt

imisa

tion

topo

logi

que

3D(A

baqu

sTos

ca,>

1h)

Bras drone

Projet étudiant «OptimStruct3D», LMAF-EPFL, 2016

Obj

ectif

: Po

ids r

édui

t

Opt

imisa

tion

en

stru

ctur

es la

ttic

es(M

atlsa

b, 1

min

)



Conclusion


Concept: Optimisation multi-niveau de la forme et du remplissage avec une structure hybride solide-lattice.

Src. Altair Src. Imperial College

Densité ρ(x)

Solid 3D Coque ouverte Lattice



Conclusion


Un peu de lecture …

Et…

De nouvelles formations ouvertes en 2018 pour les industriels :

- SwissMEM- HEIG-VD (modules et CAS en 2020)

Contactez-nous

www.addipole.ch



Merci de votre attention



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