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Laboratoire des Sciences pour la Conception, l'Optimisation et la Production de Grenoble
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Article paru dans "Machines Production 1022" concernant INP GENIE INDUSTRIEL

Publié le 5 octobre 2016
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Publication - Parution du 5 octobre 2016 au 12 octobre 2016

Aéronautique et fabrication additive, ça progresse L'aéronautique et le spatial s'intéressent à la fabrication additive métal et à l'impression 3D de matériaux composites depuis plus de dix ans. Ces deux dernières années, la montée en puissance des connaissances en ingénierie des produits et l'apparition de solutions industrielles performantes démontrent une certaine maturité de la technologie. Mais il reste encore beaucoup à faire...

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Lors des journées CTIF (Centre Technique des industries de la Fonderie) à propos de la fabrication additive métal, fin 2015, de nombreux témoignages d'industriels de l'aéronautique et du spatial démontraient la maturité croissante de la technologie. Didier Linxe du CTIF concluait son propos en disant : " La fabrication additive est une réalité industrielle, avec une filière métallurgie et FA qui se met en place, un marché des poudres métalliques en pleine croissance et des logiciels de conception et simulation en développement constant. " Patrick Champion, d'Airbus Defence & Space, soulignait les gains en termes de délais, de coût, d'utilisation matière et de mise sur le marché des produits. Mais il concluait en avertissant : " Tout est encore à créer, à démontrer, à consolider. " Déjà bien organisé, le partage de connaissances des principaux acteurs du secteur, groupes aéronautiques, équipementiers, sous-traitants, écoles d'ingénieurs et centres techniques constitue la feuille de route pour imposer définitivement la technologie. Entrant plus en détail encore dans la conception et la construction technologique, les journées Rafam de Grenoble prouvaient la pertinence des recherches universitaires effectuées, ainsi que l'augmentation de l'offre technologique en sous-traitance pour la fabrication additive métal. Lors du récent salon IMTS de Chicago, du 12 au 17 septembre, deux constructeurs de solution en fabrication additive et impression 3D de composites ont repoussé les limites dimensionnelles dans leurs technologies respectives.

Déterminer ses choix techniques

Lors des journées Rafam, Frédéric Vignat, maître de conférences à l'INP de Grenoble faisait le point sur les nouveautés en conception de pièces réalisées en fabrication additive. Le laboratoire G-SCOP travaille sur l'optimisation topologique et paramétrique de leur construction, en intégrant les contraintes des procédés additifs. L'optimisation, la modélisation et la fabrication de matériaux architecturés, notamment en structures lattices, sont accompagnées par une chaîne numérique robuste et simple en FAO. La modélisation numérique des comportements thermiques et mécaniques de la structure ainsi constituée peut être effectuée, en fonction des options choisies. Les questions à se poser concernent principalement les endroits où il faut positionner la matière, afin de minimiser la masse ou la compliance, avec des variables comme la densité de matière suivant un seuil déterminé visant à atteindre la résistance voulue et répondre aux contraintes mécaniques imposées par la fonction de la pièce. La fabrication additive permet de mettre du treillis, ou une structure lattice, là où les dimensions sont faibles. Il est alors possible, avec certains logiciels spécialisés, de comparer une structure massive avec une structure lattice en termes de poids de matière, à résistance égale. Après l'optimisation topologique, la démarche de reconstruction géométrique se termine par la vérification et l'affinage de la forme pour déterminer la structure finale à obtenir en fabrication additive. Les difficultés franchies par le laboratoire G-SCOP ont concerné la compréhension des algorithmes d'optimisation topologique, le choix du seuil, les différentes démarches et outils de reconstruction conduisant à une démarche globale de reconception basée sur l'optimisation de la pièce pour assurer sa fonction aussi bien, si ce n'est mieux, qu'une pièce obtenue par usinage. Dans tous les cas, une étape finale d'affinage et de validation est indispensable.

EOS repousse les limites en FA métal

Lors du dernier salon IMTS de Chicago, le constructeur spécialisé EOS vient de repousser les limites de la fabrication additive en présentant son dernier système de frittage laser direct de métal (DMLS), l'EOS M400-4. Conçu pour les applications industrielles, ce système ultra-rapide porte l'offre du constructeur à un niveau supérieur de productivité, de qualité des pièces et d'extensibilité, afin de mieux répondre aux besoins de fabrication. Il offre un volume de construction de 400 x 400 x 400 mm et est équipé de quatre lasers de 400 watts fonctionnant de façon indépendante en carrés de 250 x 250 mm chacun, avec un chevauchement de 50 mm. Intégrée au système EOS M 400-4, la technologie brevetée EOS ClearFlow de gestion des gaz de fabrication assure des conditions opératoires optimales et uniformes. Elle permet de distribuer les gaz de fabrication de façon intelligente, afin d'éviter les interférences entre les lasers et les sous-produits du processus de fusion. Par ailleurs, l'intégration d'un système de filtre à air recyclé de qualité industrielle, disposant d'une longue durée de vie, améliore considérablement les durées d'utilisation et réduit les coûts. Selon le constructeur, la stabilité et la puissance exceptionnelles du système garantissent la plus grande qualité de pièces possible par DMLS. Le système s'appuie sur le processus éprouvé et validé de la technologie EOS M 290. Il multiplie la productivité par quatre, toujours selon les essais du constructeur. Le logiciel complet EOSTATE Monitoring Suite garantit la conformité aux exigences de production industrielle. Il permet notamment de surveiller le lit de poudre, divers paramètres, ainsi que la puissance du laser. La préparation et le calcul des données sont distincts du processus de fabrication. Ainsi, le fichier préparé en bureau d'étude est transmis via le réseau. Le système se concentre entièrement sur la construction des pièces. Les matériaux EOS NickelAlloy HX et EOS MaragingSteel MS1 sont utilisables pour l'EOS M 400-4. D'autres matériaux et processus seront disponibles prochainement. D'ores et déjà, Siemens Power Generation Services a choisi le système EOS M 400-4 pour passer de machines de fabrication additive de petite échelle à laser unique à des appareils à grande échelle utilisant des lasers multiples.

Stratasys innove en impression 3D de pièces composites


Sur le même salon de Chicago, le démonstrateur Infinite-Build 3D de Stratasys est conçu pour satisfaire aux exigences de l'aéronautique, de l'automobile et d'autres secteurs en matière de pièces thermoplastiques de grandes dimensions et légères, dotées de propriétés mécaniques reproductibles. Le démonstrateur 3D Infinite-Build adopte une approche de fabrication dans laquelle l'impression a lieu sur un plan vertical, ce qui permet de réaliser des pièces de dimensions pratiquement illimitées dans le sens de la construction. Stratasys et Siemens ont travaillé en étroite collaboration pour concrétiser leur vision partagée d'une impression 3D viable et incontournable dans la fabrication de composants. Stratasys a conçu le démonstrateur robotique composite 3D 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 composite 3D est destiné à révolutionner l'impression 3D de pièces composites. Le démonstrateur effectue l'impression 3D de pièces en matériaux composites grâce à un système de mouvement à 8 axes. Celui-ci permet un placement précis et directionnel du matériau, pour une solidité accrue, tout en réduisant significativement le recours à des systèmes de support qui diminuent la vitesse. Boeing utilise actuellement le démonstrateur Infinite-Build 3D pour explorer la production de pièces aéronautique légères en faible volume. Ford Motor Company travaille également sur des applications de fabrication automobile innovantes pour ce démonstrateur et évaluera prochainement cette nouvelle technologie.
 

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mise à jour le 5 octobre 2016

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