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Assises Européennes de la fabrication additive

Assises Européennes de la fabrication additive

by Gaëtan Lefèvre16 juin 2016
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Les Assises européennes de la fabrication additive (AEFA), organisées par l’Association française du prototypage rapide et de la fabrication additive (AFPR), auront lieu du 21 au 23 juin 2016 à CentraleSupélec sur le site de Châtenay-Malabry.

Par Alain Bernard, Professeur des Universités à l’École centrale de Nantes, vice-président de l’AFPR.

 

Les 22e Assises européennes de la fabrication additive vont être l’occasion de faire le point sur certaines avancées récentes dans divers domaines. En effet, la fabrication additive est au coeur des processus technologiques et aujourd’hui, la vision systémique qu’il faut considérer prévaut : mise en oeuvre des matériaux, mise en oeuvre des machines avec une réelle productivité en maîtrisant la qualité, mise en place de processus technologiques complets, génération et maîtrise de l’information dans un référentiel global, mesure et contrôle au service des processus et des objets produits, sécurité et santé des opérateurs, et bien d’autres sujets.

Pourquoi est-ce aussi important ? Rien de très original si l’on se réfère aux principes de création de valeur appliqués dans les chaînes de valeur. Nous sommes bien dans le cadre d’un processus qui va de l’idée au produit délivré conforme, en ajoutant des capacités à suivre le cycle de vie des objets fabriqués. Ce cycle de vie est de durée très variable en fonction des produits concernés. Certains produits ont des durées de présence sur le marché de l’ordre de quelques semaines et d’autres y restent plusieurs décennies. Cela pose donc le problème de maîtriser ce cycle de vie avec des orientations et des indicateurs de performance qui, eux non plus, ne sont pas très originaux – coût, qualité, délai – et cela tout au long de ce cycle de vie. Ainsi, il est capital de maîtriser la robustesse, tant numérique que technologique, des processus intégrant la fabrication additive mis en oeuvre pour concevoir des pièces possédant des caractéristiques et des propriétés très diverses, des sous-ensembles fonctionnels, des outillages, et pour réparer ceux-ci.

Le marché se développant à grande vitesse, il est important que chaque maillon des chaînes tant numériques que technologiques soit maîtrisé et exploité en utilisant le potentiel total que propose la fabrication additive, le tout dans des conditions de santé et de sécurité totalement maîtrisées :

  • liberté des formes ;
  • choix de matériaux très divers, aux caractéristiques variées et variables appliquées aux mêmes objets fabriqués et en fonction des conditions d’environnement ;
  • rationalisation et utilisation de la matière au regard des conditions d’utilisation des objets produits ;
  • intégration de fonctions ;
  • diminution de masse ;
  • ajustement des performances au juste nécessaire ;
  • raffinement des caractéristiques des objets produits par l’utilisation judicieuse de techniques de finition et de parachèvement.

Tout ceci montre à quel point la fabrication additive vient compléter sans concurrencer totalement l’ensemble des savoirs traditionnels qui font la force et le potentiel de production. Aussi, il est important de définir et de spécifier de manière opérationnelle les compétences nouvelles dont les acteurs auront besoin afin de permettre un positionnement clair des compétences humaines dans l’ensemble du système productif.

Tous ces sujets feront l’objet de présentations et d’échanges lors des prochaines Assises européennes de la fabrication additive. Nous espérons que cet événement donnera entière satisfaction aux participants et que des projets et dynamiques nouvelles verront le jour, comme cela a été le cas lors des éditions précédentes.

Programme assises europeennes fabrication additive a3dm magazine

Du 3D à la matière reprogrammable 4D

Le « morphing » ou matière programmable évoque une transformation spatiale d’un objet par l’apport spécifique d’énergie quelles que soient sa forme et sa nature, par exemple une machine capable d’imprimer en 3D des créations comme si elles émergeaient d’un métal liquide (comme le robot T-1000 de Terminator 2). À partir d’une forme donnée, facile à réaliser, on choisit un système matériau réactif / procédé pour qu’elle devienne par programmation et ciblage spatial d’un apport d’énergie une forme correspondant à une fonctionnalité spatiale et/ou temporelle.

Terminator_ROBOT_T_1000_a3dm_magazine

La vision initiale de l’ingénieur (application du système KIS pour Keep It Simple) a été de faire « simple », avec les outils / matériaux à sa disposition. À partir de procédés encore « rustiques », il est capable de fabriquer des pièces en matière inerte, dans des domaines très variés. Le procédé utilisant de la lumière breveté en 1984 reposait sur la connaissance des coordonnées de l’objet à créer, mémorisées dans un ordinateur pilotant des miroirs galvanométriques, et l’ordonnancement du déplacement de la lumière pour transformer une résine en un solide par polymérisation d’une couche, « voxel » après « voxel ». L’ajout d’une deuxième couche, puis d’une troisième, etc., permet de créer ainsi la pièce comme le fait un maçon pour construire un mur. Cette base sert (encore) de concept fondateur aux technologies de fabrication additive. Mais elle est en train de se fissurer.

Certains se préoccupent d’inventer des dispositifs qui peuvent changer le cours des choses sur des bases de robotique collective ou de fabrication additive 4D, de bio printing (créer du vivant 3D avec des aspects évidents en termes de réparation d’organes, voire de recherche de l’immortalité ou d’autres visions), etc. Comment, en France, trente-deux ans après le premier brevet qui a été abandonné, quelques uns ont-t-ils décidé de revenir un peu aux fondamentaux pour tenter de valider ou de rejeter quelques idées iconoclastes scientifiquement et pour rejouer autrement, en acceptant des impasses, une ancienne partition, mais avec de nouveaux concepts ?

L’objet de l’exposé sera bien sûr de présenter les futures évolutions de la fabrication additive, de parler des technologies 4D qui sont encore à construire, dont certaines sont extraordinaires et porteuses de futur technologique, mais aussi de voir quelles sont les limites épistémologiques lourdes associées à ces nouveaux enjeux empreints de complexité (systèmes dynamiques non-linéaires) et fortement interdisciplinaires.

Texte de Jean-Claude André

CAO – Optimisation topologique – Simulation

L’AFPR organise, en collaboration avec le centre R&D DINCCS de MICADO, une session dédiée à la conception et la simulation numérique pour la fabrication additive.

De la même manière que les procédés de fabrication « classiques », la fabrication additive doit intégrer la chaîne numérique comme colonne vertébrale de son processus global. Il est en effet nécessaire de modéliser en 3D les produits à imprimer, d’anticiper les problèmes de fabrication, d’optimiser la matière utilisée, de simuler le procédé en lui-même. Outre les avantages connus d’une bonne gestion de la chaîne numérique, la fabrication additive, encore en phase de maturation d’un point de vue de l’industrialisation, donne l’opportunité de travailler sur les méthodologies numériques pour permettre une intégration intelligente sans être polluée par un historique trop pesant. Le procédé de fabrication additive remet en cause les modèles numériques utilisés pour les procédés de fabrication classiques (fonderie, forge, commande numérique). On peut ainsi légitimement se poser la question de la pérennité de l’approche constructive actuellement utilisée dans les outils de CAO dans le cadre de la fabrication additive. Les algorithmes d’optimisation de forme viennent sur ce sujet bousculer les lignes. Les formes modélisées, notamment organiques, deviennent ainsi grâce à la fabrication additive « fabricables », ce qui ouvre un nouvel espace de conception souvent difficile à intégrer dans les processus de conception actuels. Les travaux sur la mise en place de nouveaux modèles en CAO (déformations de formes globales, T-Splines) offrent des solutions de modélisation 3D dédiée à la fabrication additive. Ajoutons à toutes ces problématiques la nécessité de modéliser la connaissance des différents procédés pour permettre une intégration cohérente dans la chaîne numérique.

L’objectif de la session est d’échanger sur tous ces sujets au travers d’interventions d’experts renommés qui viennent exposer l’état de leur recherche ou encore montrer des cas concrets.

Texte de Nicolas Gardan

Heavy Metal, une nouvelle génération de guitares imprimées en 3D

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La guitare Heavy Metal, imprimée en 3D en aluminium, a été conçue pour explorer les possibilités infinies de la fabrication additive métallique et pour mieux comprendre toutes les subtilités de cette technique : de la conception à l’impression réelle de la guitare, au traitement final du produit pour transformer l’objet métallique imprimé par une machine en un chef-d’oeuvre. La conception de cette guitare est délibérément complexe pour pouvoir vraiment pousser les limites de la fabrication additive en métal.

La guitare, conçue par Olaf Diegel, devait pour ce projet être suffisamment complexe pour être géométriquement impossible à fabriquer en utilisant des méthodes classiques. Elle devait également symboliser une réflexion sur la beauté intrinsèque du matériel utilisé. La conception a commencé avec un design inspiré d’une Fender Telecaster, probablement le design le plus iconique dans l’histoire de la guitare. Le côté extérieur de la guitare Heavy Metal est en style marchepied diamant et le corps est bâti en fils barbelés entrecroisés (avec les pointes barbelées gardées à l’écart du joueur). Ces deux détails de conception rappellent la dureté du métal. Pour adoucir cette dureté et apporter de la poésie, des roses ont été ajoutées à l’intérieur de la guitare.

Le corps entier a été imprimé par Xilloc, en Hollande, en une seule pièce en aluminium AlSi10Mg, avec une imprimante additive métallique EOS M 400. Le post-traitement du corps métallique imprimé en 3D a été réalisé par Olaf Diegel pour créer un mode d’apprentissage pour l’enlèvement de matériau de support en aluminium, et pour créer le post-traitement nécessaire pour obtenir une guitare en aluminium avec une finition acceptable. Ce projet était surtout un exercice pour mieux comprendre les possibilités de la conception pour la fabrication additive à partir de métal.

Un grand merci à l’équipe de Xilloc pour l’excellent travail qu’ils ont réalisé dans l’impression du corps de la guitare !

Texte de Olaf Diegel

Qualité, hygiène, sécurité et environnement

Ces dernières années, nous vous avions aborder les qualifications médicales puis aéronautiques basées principalement sur l’analyse de risque. Lors de récents symposiums, c’est suite à la dure réalité des choses que sont réapparues les problématiques relatives à la sécurité des personnels en considérant qu’il faut anticiper – pour éviter ce que tout le monde redoute – « le principe de précaution ».

Ces quatre lettres, QHSE, sont un mode de fonctionnement généralisé dans nos entreprises et je vous propose que nous en partagions lesbonnes pratiques tant pour les hommes, les produits que les moyens

de production.

Texte de Philippe Vannerot

Santé

Une session consacrée aux applications médicales de l’impression 3D – « Avancées de la fabrication additive dans le domaine de la santé » – aura lieu aux Assises européennes de la fabrication additive.

Le médical représente déjà le quart des applications de l’impression 3D. La session médicale des Assises européennes de la fabrication additive, qui aura lieu le 23 juin à l’école CentraleSupélec à Châtenay-Malabry, reflète la diversité des applications actuelles et à venir dans le domaine de la médecine. Qu’il s’agisse de prothèses destinées à réparer des tissus lésés ou à améliorer des fonctions déficientes, de modèles anatomiques réalistes ou d’outils pour guider les interventions, l’impression 3D répond à la demande d’une chirurgie plus précise et personnalisée. Cela se fait naturellement de pair avec l’évolution des procédés d’impression 3D de plus en plus aboutis et utilisant des matériaux « métal », « polymère », « céramique », voire des cellules avec la bio-impression, qui répondent au cahier des charges biologique. Les différents intervenants de cette cession, venus de différents pays d’Europe, présenteront les dernières évolutions dans ce domaine en pleine expansion.

Texte de Didier Nimal

Les solutions 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes pour la fabrication additive

Lors de cette session, des solutions actuelles (utilisées en production) et à venir (des solutions plus intégrées) de Dassault Systèmes pour la fabrication additive et l’optimisation de topologie seront présentées. Ces technologies sont souvent associées bien qu’elles ne le soient pas à priori : la fabrication additive permettant plus simplement (à coût acceptable) de fabriquer les géométries (très organiques) proposées par l’optimisation de topologie.

Au-delà d’une conception mécanique qui change profondément, en embarquant intimement la simulation pour proposer les meilleures solutions fonctionnelles , il ne faut surtout pas oublier les contraintes liées aux processus de fabrication additive. Ceux-ci sont très différents. Il faut tenir compte du matériau utilisé mais aussi de la trajectoire du laser ou de la buse. La simulation apporte un plus non négligeable pour valider virtuellement la matière, la pièce et le processus de fabrication afin de maximiser le taux de réussite de la production… réelle.

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Gaëtan Lefèvre

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