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C-FAST – Conception pour la fabrication additive par Stratoconception sous Topsolid

C-FAST – Conception pour la fabrication additive par Stratoconception sous Topsolid

by Gaëtan Lefèvre20 juin 2017
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Le projet C-FAST, initié par l’éditeur de CFAO Missler Software avec la SRC de R&D en fabrication additive CIRTES, a été retenu dans le cadre de l’appel à projet PIAVE « Industrie du Futur ». A3DM Magazine vous présente ce projet.

Par Christian Arber, Président de Missler Software, Claude Barlier, Président Fondateur de CIRTES, Benoît Delebecque, Responsable Développement Informatique de CIRTES, Cyril Pelaingre, Responsable R&D de CIRTES et Patrice Tiberi, Service Department Manager de Missler Software.

 

Le projet C-FAST, Conception pour la Fabrication Additive par Stratoconception sous TopSolid, initié par l’éditeur de CFAO Missler avec la SRC de R&D en fabrication additive CIRTES, a pour objectif le développement d’une chaîne numérique, unifiée et continue, de conception et de fabrication additive basée sur le procédé breveté de Stratoconception, entièrement robotisée et intégrée à TopSolid. Cette chaîne a pour ambition de permettre la fabrication de produits personnalisés, fonctionnalisés, de grandes dimensions et en multi matériaux. Ce projet vient d’être retenu dans le cadre de l’appel à projet PIAVE « Industrie du Futur », piloté par le Commissariat général à l’investissement (CGI) et opéré par Bpifrance.

Un partenariat Missler / CIRTES

Le projet C-FAST, dot. d’un budget global de 4,3 millions d’euros sur trois ans, regroupe deux spécialistes français, chacun reconnu dans son domaine, à savoir : la chaîne numérique et la fabrication additive pour CIRTES ; la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et la gestion de données de conception pour Missler Software. Missler Software, créée en 1984, est un des leaders mondiaux dans l’édition de logiciels de CFAO/ERP. Elle propose la solution intégrée de CFAO (Conception Fabrication Assistée par Ordinateur) TopSolid. Complétée par un module ERP, cette CFAO est une solution unique qui gère la conception de la pièce, le pilotage de machines à commande numérique pour la fabrication et la gestion des données techniques associées. TopSolid est par nature orientée vers l’intégration des données et de la chaîne numérique. CIRTES, créée en 1991, est une société labellisée Structure de Recherche Contractuelle (SRC), pionnière et leader en fabrication additive, en Europe. Elle développe, depuis 1991, la Stratoconception, principale technologie française brevetée de fabrication additive. Ce procédé a été classé parmi les sept technologies mondiales de fabrication additive normalisées, comme le procédé le plus intensif au niveau mondial [1].

Les technologies au cœur du projet

La Stratoconception est un procédé original et innovant de fabrication additive par couches de type solide/solide qui consiste à décomposer par calcul le modèle CAO de la pièce en un ensemble de couches élémentaires simples, appelées « strates », dans lesquelles sont introduits des renforts et des inserts. Les couches élémentaires sont mises en panoplie et fabriquées dans un matériau en plaque à partir d’une découpe par micro-fraisage rapide, découpe laser, fil chaud ou cutter. Les strates sont ensuite assemblées à l’aide d’inserts, voire imbriquées, pour reconstituer l’objet final. Cet assemblage est pris en compte dés la décomposition de l’objet. Il participe à la tenue mécanique des pièces. Le procédé, très rapide, est particulièrement adapté pour les maquettes, les prototypes mais également pour les outillages, voire les pièces de série. Il est sans limitation de forme intérieure ou extérieure, sans limitation de matériaux (bois, polymères, métaux) et sans limitation de taille (de quelques millimètres à plusieurs mètres).

Dès 1995, le procédé de Stratoconception s’est orienté vers l’outillage rapide et, en particulier, vers les applications dédiées aux procédés tels que le thermoformage, la fonderie, l’emboutissage ou bien l’injection. Plus récemment, il trouve des applications dans le domaine de la réalisation d’œuvres d’art de moyennes et grandes dimensions ainsi que dans la réalisation d’emballage, grâce à la solution Pack&Strat. Ce procédé est mis en œuvre par le logiciel Stratoconcept III, développé par CIRTES depuis l’origine de la société en 1991.

La gamme des logiciels TopSolid est un produit propre à Missler Software. Ces logiciels sont basés sur un noyau de conception (CAO) avancé, avec PDM intégré (Production Data Management), développé sur base Windows en langage C#. Cette gamme a été totalement renouvelée au cours des dix derni.res années sur la base des technologies modernes. Sur cette base, des applicatifs métiers ont été développés : TopSolid’Cam pour la programmation des machines-outils à commande numérique, TopSolid’Mold pour les applications moulistes, TopSolid’Wood, pour l’industrie du bois (aménagement intérieur), TopSolid’ERP pour la gestion de production.

L’ambition du projet

C-FAST propose une offre unique de CAO/FA robotisée pour les pièces de grandes dimensions. Il s’agit d’une chaîne numérique continue de conception et fabrication additive entièrement robotisée, disponible au travers d’une offre logicielle et matérielle complète pour la fabrication additive (FA) par Stratoconception sous TopSolid. Trois composantes importantes constituent le projet.

L’intégration : proposer la première chaîne numérique continue intégrée et associative pour la conception et la fabrication de pièces par fabrication additive, sans rupture, avec possibilité de rétroaction et de révision du modèle numérique de départ : suppression du format STL et travail directement en natif. Il est ainsi possible d’accéder à la conception fonctionnalisée, à la simulation multi-physique, à l’optimisation topologique et à la simulation de la fabrication additive.

La robotisation : offrir le premier procédé intégré automatique de fabrication additive entièrement robotisé sur de nouvelles stations dédiées ou par intégration sur le parc de machines existant.

La fabrication : permettre la fabrication de pièces de grandes, voire de très grandes tailles pour la réalisation de maquettes, d’outillages et de pièces directes en multi-matériaux (bois, résines, plastiques et mousses).

Le procédé de Stratoconception est le procédé de fabrication additive normalisé, particulièrement adapté pour réaliser des pièces de grandes dimensions – notamment au-delà du m3 – pour la fabrication de prototypes, de maquettes industrielles et architecturales, d’outillages, de pièces directes, de produits finis ou d’emballages.

Les enjeux du projet

Actuellement, il existe une importante rupture de la chaîne numérique. Un modèle créé en CAO 3D est discrétisé sous forme de facettes triangulaires (format STL). À partir de ce fichier, un logiciel propriétaire découpe automatiquement l’objet en tranches horizontales fines qui sont ensuite fabriquées par la machine de fabrication additive dont les différents paramètres machines sont renseignés manuellement juste avant la mise en œuvre. Le modèle numérique dédié à la fabrication additive est donc, aujourd’hui, une simple représentation de la peau de la pièce et indique la position de la matière par rapport à cette enveloppe.

Rupture dans la chaîne numérique actuelle de fabrication additive

Les pratiques actuelles d’ingénierie ont fait apparaître le concept de la « conception intégrée ». Celui-ci met en œuvre des liens toujours plus forts entre les spécifications fonctionnelles du produit, les connaissances relatives aux m.tiers (calcul, fabrication…) et le modèle numérique de la pièce.

L’ingénieur est appelé à « penser différemment » la conception du produit. Il ne doit plus être centré directement sur la forme géométrique mais doit intégrer immédiatement les connaissances métiers afin de maîtriser, au plus tôt, le processus de prise de décisions (choix des composants technologiques, des matériaux, des technologies de fabrication, d’assemblage, de recyclage…). Il peut ainsi obtenir un modèle numérique complet couplant les informations géométriques aux informations de fabrication : machines, outils, conditions de fabrication, qualités fabriquées (tolérances dimensionnelles, rugosités, contraintes résiduelles…). La fabrication additive, et particulièrement le procédé de Stratoconception, permet de proposer de nouvelles solutions de pièces (formes, matériaux), qui libèrent encore plus cette nécessité de «concevoir fonctionnellement » afin d’aboutir à des solutions innovantes offertes par cette nouvelle manière de penser, de modéliser, de fabriquer les pièces.

Chaîne numérique C-FAST

Pour cela, le projet C-FAST a plusieurs objectifs :

  • création d’une chaîne numérique unifiée de la conception à la fabrication additive, jusqu’au contrôle final ;
  • intégration du procédé de Stratoconception de Cirtes, en natif, dans la CAO TopSolid de Missler Software ;
  • développement d’une chaîne continue de la conception à la fabrication additive, sans rupture, avec possibilité de rétroaction et de révision du modèle numérique de départ ;
  • intégration de la chaîne numérique de fabrication additive complète : conception fonctionnalisée, simulation multiphysique, optimisation topologique, pilotage de la fabrication.

Un exemple de réalisation d’outillage

Un comparatif de la réalisation d’un outillage par Stratoconception entre le mode actuel et le mode C-FAST intégré permet d’illustrer les gains potentiels apportés par le projet C-FAST. La pièce retenue pour ce comparatif est un modèle de fonderie de grandes dimensions (2500 x 1200 x 400 mm) réalisé par CIRTES. Le gain sur le coût et le temps de réalisation de cet outillage par C-FAST est évalué à environ 50 % par rapport au procédé de Stratoconception actuel.

Exemple d’outillage de fonderie conçu et réalisé par CIRTES sous CAO sous TopSolid.

Les produits commercialisés

  • Deux add-in supplémentaires pour TopSolid (nécessitent l’acquisition de la CAO TopSolid pour le client), diffusées sur une large clientèle :
  • TopSolid’Strato : module de fabrication additive par Stratoconception sous TopSolid permettant la fabrication de maquettes, d’outillages et de pièces par décomposition en couches ;
  • TopSolid’Robot : module complémentaire à TopSolid’Strato pilotant la robotisation du procédé de Stratoconception pour l’approvisionnement en matière, la création des panoplies et l’assemblage des couches à partir des matériaux en plaques standards industriels.
  • Deux bundles indépendants à diffuser sur une large clientèle qui n’utilise pas TopSolid, qui peuvent s’interfacer aux CAO du marché : StratoTOP (logiciel autonome de fabrication additive par Stratoconception développé à partir du noyau de TopSolid permettant la fabrication de maquettes, d’outillages et de pièces par décomposition en couches) et StratoROBOT (logiciel complémentaire à StratoTOP développé à partir du noyau de TopSolid pilotant la robotisation du procédé de Stratoconception pour l’approvisionnement en matière, la création des panoplies et l’assemblage des couches à partir des matériaux en plaques standards industriels).
  • Une unité de robotique dédiée à adapter sur une MOCN (machine-outil à commande numérique) intégrée Stratoconception existante, s’adressant en particulier au parc installé CIRTES (plus de 600 solutions dans le monde).
  • Une station de fabrication additive par Stratoconception entièrement automatique.

Les acteurs impliqués dans la diffusion des produits issus de C-FAST

Comme vu au début de cet article, les deux principaux acteurs de ce projet sont Missler Software, concepteur et éditeur de la plateforme logicielle TopSolid qui utilisera son réseau international de revendeurs logiciels, et Cirtes, concepteur et éditeur du procédé Stratoconception. Cependant, d’autres diffuseurs de stations participeront à ce projet : Inori (plate-forme industrielle, pilote d’essai et diffusion des procédés de Stratoconception), des sociétés, intégrant le procédé de Stratoconception et licenciées auprès de Cirtes, et enfin des constructeurs d’équipements industriels partenaires.

Références

[1] “7 procédés pour modeler la matière” – Industrie & Technologies – n° 952 – mars 2013

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Gaëtan Lefèvre

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