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Gestion de données « matériaux » pour la fabrication additive

Gestion de données « matériaux » pour la fabrication additive

by Gaëtan Lefèvre18 avril 2016
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Pour réussir dans la fabrication additive, il faut pouvoir appréhender les matériaux, leurs relations avec le procédé de fabrication et leurs implications sur les propriétés de la pièce produite. Les sociétés utilisant la fabrication additive savent que la gestion de données « matériaux » est un point critique pour garantir leur succès dans ce domaine. Elles cherchent à gérer au mieux ces informations pour en comprendre leurs impacts. Quelles technologies permettent de capturer les données issues de l’impression 3D pour les exploiter via des outils de comparaison, d’exploration et d’intégration aux modèles de simulation ?

Par John Downing et Stephen Warde, Granta Design.

 

Tout lecteur de ce magazine comprend les enjeux et les atouts de la fabrication additive comme la production de pièces spécifiques dont les caractéristiques ne peuvent être obtenues par la fabrication traditionnelle. Cette méthode ouvre de nouvelles possibilités pour la réalisation de pièces plus légères, plus résistantes et, souvent, à moindre coût dans des secteurs variés comme le médical, l’automobile ou l’aéronautique. Mais pour réussir dans ce domaine, il est primordial de pouvoir comprendre et contrôler le procédé afin de garantir l’obtention des propriétés « matériaux » recherchées pour les pièces ciblées. Ce travail demande une compréhension détaillée de la matière, des procédés et de leurs effets sur les propriétés de la pièce. La relation matériau-procédé-pièce est cruciale comme c’est le cas dans l’élaboration de composites. L’accès et le contrôle des paramètres matériaux sont la clé du succès.

Les chercheurs et les équipes de développement ont besoin de ces données pour analyser les performances, appréhender les relations de cause à effet et prendre les décisions adéquates. La certification des pièces demande, par ailleurs, une maîtrise totale de la traçabilité – c’est-à-dire la capacité de rendre compte des paramètres retenus pour l’élaboration d’une pièce ou d’un composant. Capturer, gérer et utiliser les informations nécessaires est extrêmement complexe. Le volume d’informations mais également les relations entre les données rendent cette tâche particulièrement ardue. Il faut être en mesure de collecter des données depuis différentes sources sous des formats divers, de pouvoir les analyser pour générer une information utile et d’effectuer les changements après chaque série de tests.

Expert reconnu dans le domaine de la gestion de données « matériaux », la société Granta a construit son expertise depuis de nombreuses années autour de la résolution de problématiques complexes tels que les matériaux composites. Nous avons identifié trois points clés : capturer et structurer les informations liées à la fabrication additive ; supporter les équipes de simulation en intégrant des données validées et permettre le partage des connaissances pour monter en compétence.

Capturer et structurer les informations liées à la fabrication additive

Les programmes de recherche sur la fabrication additive génèrent des quantités impressionnantes d’informations, que ce soient sur les matériaux, les caractéristiques des procédés, les tests, la simulation ou la qualification des pièces. Il n’est pas évident de mettre en relations ces données, souvent issues de machines spécifiques. Il est, également, compliqué d’identifier les paramètres à capturer. Les industriels doivent donc :

  • définir des protocoles pour la gestion des données et disposer d’outils logiciels permettant la structuration de ces connaissances ;
  • et se procurer des outils pour faciliter la capture et l’analyse de celles-ci.

Récemment, deux projets collaboratifs se sont concentrés sur ces objectifs : AMAZE, un projet Européen FP7 sur la fabrication additive, et le Materials Data Management Consortium (MDMC). Nous aborderons le projet AMAZE un peu plus loin dans l’article. Le projet MDMC, quant à lui, regroupe depuis plus de 15 ans des entreprises leaders de leurs domaines (Boeing, Lockheed Martin, Honeywell, Nasa) qui travaillent à développer les meilleures technologies de gestion de données « matériaux » pour optimiser la valeur de l’ingénierie des matériaux. Ce groupe porte un intérêt particulier à la fabrication additive et aide la société Granta au développement de la plateforme GRANTA MI pour l’impression 3D. Suite à ces travaux, la plateforme GRANTA MI propose un schéma type de base de données dédié à la fabrication additive. Ce schéma est associé à des outils permettant d’adapter la structure de la base aux besoins spécifiques de chaque entreprise. Le schéma s’accompagne de modalités d’import et d’export permettant la capture automatisée et l’analyse de ces données. À terme, l’entreprise pourra capitaliser l’expérience acquise en impression 3D dans un système construit pour faciliter la recherche, l’analyse et l’exploitation des informations ainsi que l’identification des paramètres impactant.

Page accueil granta design a3dm magazine

Page d’accueil de la base de données Granta Mi montrant un schéma pour aider les utilisateurs à localiser les données dont ils ont besoin.

Supporter les équipes de simulation en intégrant des données validées

La simulation est un élément clé pour comprendre et prédire les paramètres optimaux de fabrication. Plusieurs projets et institutions de recherche se concentrent sur ces thématiques comme le laboratoire de recherche américain Lawrence Livermore National qui a présenté une prédiction précise de la porosité de pièces basée sur une compréhension améliorée des comportements de déformations à température et validée ses résultats par la littérature. Quelle que soit la méthode, la justesse d’une simulation dépendra toujours de la précision des données (matériau et procédé) sur lesquelles elle repose. Les résultats doivent également être validés par des tests physiques sur les pièces concernées. Ce cycle de validation doit s’appuyer sur une gestion de données structurée permettant le nivellement des informations, depuis les données d’essai brutes jusqu’à celles consolidées et validées pour la simulation. Granta soutient cette approche en permettant l’interfaçage de données contrôlées dans GRANTA MI avec les outils de simulation et d’éléments finis.

Partage de l’expertise

Les projets de développement visent à établir l’impression 3D comme procédé de fabrication robuste et certifié. Atteindre cet objectif demande des efforts de recherche et, souvent, une collaboration entre des sociétés mais il nécessite, également, la participation aux projets des industries, des universités et des gouvernements. Le partage d’informations est alors critique au succès de ces projets. Il s’agit non seulement de faciliter ce dernier entre les partenaires mais aussi de contrôler et de protéger les informations partagées afin de respecter les problématiques de propriété intellectuelle comme cela a été le cas pour le projet AMAZE.

L’objectif du projet AMAZE est de réduire dramatiquement le coût de production de pièces métalliques et d’éliminer le rebut lors de la fabrication. Ce groupe de 28 partenaires, incluant entre autres Airbus Defence and Space, BAE Systems, European Space Agency et Renishaw, est le plus large et le plus ambitieux dans ce domaine. AMAZE vise à produire, rapidement, sans défaut et sans rebut en impression 3D des composants de grandes tailles pouvant aller jusqu’à 2 m et susceptible d’être utilisés dans l’aéronautique, l’aérospatial, l’automobile et le nucléaire. Quatre usines pilotes ont été construites pour donner aux industriels européens une position de leader dans ce domaine dès 2016. Granta fournit aux partenaires un système de gestion d’informations matériaux basé sur la plateforme GRANTA MI ; créant ainsi une source unique de connaissance sur les matériaux, les procédés, et leurs propriétés. Cette base soutient au mieux le raffinement et l’extension de l’expertise ainsi que le partage d’informations. Elle permet la capture de toutes les informations depuis l’achat de matières, les critères de fabrication, l’inspection et les tests.

Piece granta design a3dm magazine

Pièce construite par fabrication additive sur un substrat.

Une solution basée sur les bonnes pratiques pour la fabrication additive

AMAZE démontre comment les technologies peuvent aider un projet complexe, multipartenaire et multinational avec un meilleur usage de la connaissance « matériaux » dans un domaine porteur d’innovations. Le logiciel GRANTA MI, réputé et reconnu pour la gestion de données « matériaux » (métaux, composites, plastiques, etc.), a pu être optimisé pour répondre aux challenges de la fabrication additive via son module GRANTA MI : Additive Manufacturing™. Ce dernier propose :

  • un schéma robuste validé pour la gestion de données d’impression 3D, avec plus de 800 attributs prérenseignés (informations « matériaux », détails de calibration, détails de fabrication…) et en évolution constante ;
  • des interfaces pour capturer les données efficacement et calibrées pour accepter des données machines de divers fabricants (par exemple les sociétés Renishaw ou EOS) ;
  • des instruments pour explorer les données et les exporter vers d’autres outils d’analyse comme Excel ou MatLab ;
  • la possibilité d’intégrer et d’échanger des données avec les outils de simulation, depuis les données d’entrée nécessaires jusqu’aux résultats liés à celles-ci.

Le but de cette solution est d’aider à réduire les temps de développements, minimiser les coûts de production et promouvoir l’innovation. `

Pour tout renseignement contacter l’équipe française de Granta : www.grantadesign.com/FR/index.htm.

Train atterrissage AMAZE a3dm magazine

Train d’atterrissage en titane conçu par fabrication additive à l’université Cranfield. L’un des partenairesdu projet AMAZE. Image fournie par l’équipe WAAMMAT, de l’université de Cranfield.

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Gaëtan Lefèvre

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