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Plateformes et logiciels
Laboratoire des Sciences pour la Conception, l'Optimisation et la Production de Grenoble
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Fabrication additive

L'espace de fabrication additive et de prototypage rapide est installé dans les locaux du pôle AIP Priméca DS (S.mart Grenoble Alpes).

Les laboratoires G-SCOP et SIMAP se sont associés pour développer la chaîne complète de conception, production et caractérisation des produits métalliques obtenus en Fabrication Additive. Ils possèdent depuis juillet 2012 la première machine à faisceau d’électrons (EBM) implantée dans le milieu universitaire français  et depuis octobre 2017 une cellule de soudage robotisée dédiée à la fabrication WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing).

Les technologies de fabrication additive suscitent aujourd’hui un réel engouement et connaissent un développement extrêmement rapide. Elles permettent notamment des libertés nouvelles dans la conception et le design des pièces. Comparées aux approches conventionnelles de fabrication par enlèvement de matière (fabrication soustractive), elles apparaissent également comme durables environnementalement, en étant moins consommatrices d’énergie (la matière subit moins d’étapes intermédiaires) et moins génératrices de déchets. Elles sont aujourd’hui assez largement diffusées dans le cas des polymères et des métaux.

pièces fab ad 

Le site grenoblois s’est doté en 2012 d’un équipement de fabrication additive de type « Electron Beam Melting » (fusion locale des poudres par faisceau d’électrons), précisément destiné aux pièces métalliques (figure 2). Cet équipement est le premier implanté sur site universitaire en France. Cet investissement s’est fait dans le cadre d’un partenariat entre le Labex CEMAM (Centre d’Excellence sur les Matériaux Architecturés Multifonctionnels) et l’AIP PRIMECA Dauphiné Savoie, avec le soutien de Grenoble INP et de la région Rhône-Alpes. Il faut noter qu’au niveau mondial, environ une dizaine seulement de ces équipements sont implantés sur site universitaire.

EBM 

Grâce aux compétences croisées des partenaires de cet investissement, le site grenoblois dispose d’un atout quasi unique autour de ces procédés, à savoir la possibilité d’aborder cette thématique au travers d’un double regard Matériaux et Conception de produit.

Les intérêts du dispositif de type « EBM », pour lequel la fusion des poudres est assurée par faisceau électronique fonctionnant sous vide, sont multiples. Du point de vue matériau, outre l’absence de contamination assurée par le vide, cette technologie est celle qui permet les structures métallurgiques les mieux contrôlées et par là-même les propriétés finales les mieux maîtrisées. Du point de vue du procédé, elle autorise aujourd'hui les topologies les plus complexes de même que des cadences de production plus élevées que ses concurrentes.

Depuis octobre 2017, une cellule de soudage robotisée dédiées à la fabrication WAAM vient compléter l’EBM grâce aux investissements communs de la région Auvergne-Rhône-Alpes, de Grenoble INP, de S.mart et du laboratoire G-SCOP. Les technologies de Fabrication Additive nommées WAAM utilisent un arc électrique pour fusionner un métal d’apport sous forme de fil. La pièce 3D est ainsi générée par empilement des cordons de soudure à partir de tout type de matériau soudable : acier, aluminium, inconel, titane.

La cellule est la première de son genre sur le domaine universitaire alpin dédiée à la fabrication additive et équipée thermiquement. Elle est formée d’un poignet extérieur 2 axes et d’un robot 6 axes DX200 de Yaskawa sur lequel est monté une torche de soudage CMT de Fronius (figure 5). La technologie CMT (Cold Metal Transfer) est une technologie de soudage particulière, dérivée de la soudure à l’arc MIG/MAG, qui permet le dépôt d’un cordon de soudure avec une meilleure maitrise de la thermique et en limitant les projections. Cette technologie qui révolutionne le monde de la soudure vient également bousculer le monde de l’additif grâce à son très fort potentiel pour réaliser des pièces par dépôts successifs de cordon.

La cellule CMT est une des machines les plus prometteuses pour le futur de la fabrication additive métallique. Elle utilise par exemple des bobines de fil qui sont moins contraignantes d’un point de vue sanitaire et qui sont plus économique que les poudres métalliques utilisé par la majorité des machines additives métalliques (figure 6). Cette technologie est également beaucoup moins limitée que ces concurrentes par la taille des pièces à produire. Tous ces atouts lui donnent un avantage considérable sur le marché de la production de pièces pour les domaines aéronautique et automobile.

young 
pièce optimisée 

soudage robotisé

Figure 5 : Cellule de soudage robotisée – WAAM CMT

http://www.g-scop.grenoble-inp.fr/medias/photo/exemple-de-pieces-en-aluminium-realisees-avec-la-cellule-cmt_1522227911289-png?ID_FICHE=531669

Figure 6: Exemple de pièces en aluminium réalisées avec la Cellule WAAM CMT

Les thèmes de recherche abordés concernent les matériaux architecturés, la caractérisation et la modélisation des procédés EBM et WAAM, la conception et l'optimisation topologique des pièces pour la fabrication EBM, la maitrise de la qualité́ des pièces fabriquées, le développement d’une chaine numérique pour la fabrication additive, la gestion et l’intégration des connaissances relatives aux procédés au cours du processus de conception. En ce qui concerne la partie matériaux architecturés les sujets développés concernent leur conception, leur réalisation, la prévision et la mesure de leurs caractéristiques (figure 3) et leur intégration dans des pièces de nouvelle génération. Concernant la conception nous travaillons sur une méthodologie de conception pour la fabrication additive et les outils numériques associés (figure 4).

En plus de ces deux procédés, l’espace dispose de

  • Procédés d'impression 3 D : FDM, poudre et métaux par fusion laser, polymères photosensibles
  • Machine de Stratoconception
  • Machine de Découpe laser

Le liste détaillée des matériels de la plateforme est la suivante : Imprimante 3D résine photosensible - EnvisionTEC modèle Zbuilder Ultra, Imprimante 3D à poudre polychrome - Zcorp modèle Zprinter 650 + Infuzer, Parc d'imprimantes 3D FDM, Machine de prototypage par procédé stratoconception - Mécanuméric MS1015 + table à dépression + insonorisation, Machine de découpe laser - Laserfusion+, Scanner 3D laser sur bras polyarticulé - Metris MCA 24 M7, Système de coulée sous vide - KLM V400 AD.

mise à jour le 29 novembre 2019

  • Tutelle CNRS
  • Tutelle Grenoble INP
  • Université Joseph Fourier
  • Tutelle UMR
Univ. Grenoble Alpes