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Camille Ollivier – CTIF remporte le trophée 3D Print

Camille Ollivier – CTIF remporte le trophée 3D Print

by Gaëtan Lefèvre12 décembre 2016
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À l’occasion de la 3e édition du salon 3D Print à Lyon, début octobre 2016, des concours ont été organisés. Pour la seconde année, les organisateurs ont délivré le trophée 3D Print, récompensant la meilleure démarche industrielle en fabrication additive. Le jury a attribué ce trophée au CTIF (Centre technique des industries de la fonderie), qui était associé à la société Spartacus3D, pour la conception de sa pince de robot de forge LETo. Parallèlement, et afin de donner sa chance à un jeune projet, il a été accordé un second prix : le « coup de cœur ». Celui-ci a été remporté par la start-up SYOS pour la fabrication par impression 3D de bec de saxophone sur mesure. Durant ce salon, était également organisée et animée par F3DF la première édition du « Designathon ». Des participants se sont ainsi lancés dans la conception d’un modèle 3D sur le thème de la lumière. Rencontre avec les gagnants des différents trophées.

Propos recueillis par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef

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Le CTIF est le centre technique industriel de référence en métallurgie et transformation des métaux. Il a pour objectif de promouvoir l’innovation et d’aider au développement technique industriel en développant des projets R&D et en accompagnant les industriels à travers des prestations privées. La fabrication de sa pince de robot de forge LETo a remporté le trophée 3D Print, qui récompense la meilleure démarche industrielle en fabrication additive. Camille Ollivier, ingénieur, nous présente ce projet. Camille Ollivier est ingénieur en conception et fabrication additive au sein du Pôle Études et Méthodes. En tant que chef de projet fabrication additive, elle est amenée à gérer des projets de conception et de calcul avec le bureau d’études, des prestations d’études et de caractérisations des matériaux avec le laboratoire.

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Pouvez-vous présenter la pince LETo ?

La pince LETo est un outillage de forge (pince de robot) développé par le CTIF et Spartacus3D pour l’entreprise Setforge, du groupe Farinia. Elle transporte des lopins métalliques de 7 kg à 1 100 °C, pour les présenter à un laminoir, à une cadence de 200 pièces par heure. Elle subit de très fortes sollicitations thermomécaniques, ce qui provoque la rupture prématurée de certains outillages. La maintenance doit régulièrement intervenir pour changer des éléments de la pince (fond de pince, garnitures, circuit de refroidissement) ou la pince elle-même, générant des arrêts préjudiciables et une baisse de la productivité. En plus de la difficulté de l’intervention, le délai d’approvisionnement des pièces est très long, environ 15 semaines.

Quel matériau et quel procédé avez-vous utilisés ?

Pour être certains d’obtenir la solution optimale en réponse à la problématique décrite précédemment, plusieurs procédés de fabrication ont été investigués au préalable : le mécano-soudé, la fonderie cire perdue, la fabrication additive métallique et le taillé masse, ce dernier étant le procédé de fabrication actuel. Un comparatif technico-économique a mis en évidence

l’intérêt de la fabrication additive par rapport aux autres procédés alternatifs. Le choix du matériau est basé sur un critère besoin-procédé. En effet, les matériaux disponibles sont encore limités en fabrication additive métallique, avec des solutions telles que l’acier inoxydable 316L, le titane ou l’Inconel® 718. Les besoins fonctionnels de tenue mécanique à haute température (> 400 °C), de bonne conductivité thermique et de faible dilatation thermique, ont abouti au choix de l’Inconel ® 718. De plus, les garnitures de la pince étant en Inconel® 718, le choix d’un matériau unique supprime les éventuels problèmes de compatibilité chimique ou de dilatation différentielle entre matériaux.

Avez-vous réalisé une optimisation topologique ?

L’objectif premier du développement n’était pas d’alléger la masse de la pince LETo mais d’améliorer la durée de vie de la pince, de réduire le nombre d’interventions de maintenance et de se focaliser sur les parties fonctionnelles de la pince. Une étude topologique a tout de même été menée pour limiter l’impact du coût, le prix des matériaux étant élevé, et réduire ainsi la quantité de matière utilisée. De plus, l’optimisation topologique a permis d’ajourer le volume des demi-pinces, ce qui permet d’augmenter, un peu, la surface d’échange thermique de la pince avec son environnement.

Quels en sont les avantages et désavantages ?

Conscients des possibilités offertes par la fabrication additive métallique, notre objectif a été de démontrer que cette technologie peut également s’adresser à des secteurs industriels autres que l’aéronautique, le spatial ou le médical, qui produisent des pièces à forte valeur ajoutée. Nous avons donc cherché à contourner ses limites, comme le prix des matériaux ou encore le coût de fabrication et de parachèvement, par la mise en place d’une conception produit-process optimisée. Nous avons contourné la problématique du prix du matériau (Inconel® 718) en n’utilisant la matière que là où elle est nécessaire fonctionnellement, en ayant recours à l’optimisation topologique. Pour réduire les coûts de parachèvement, nous avons fait en sorte que la géométrie soit simple d’un point de vue de l’impression, c’est-à- dire que la pièce soit autoporteuse lors de la construction et qu’il y ait peu de supports à enlever. Enfin, nous avons conçu un système « tolérant » d’un point de vue dimensionnel. C’est pourquoi la pince nécessite peu d’usinage_: seules les zones de liaisons (montage d’une bague autolubrifiante) ont dû être usinées.

Pourquoi avez-vous sollicité la société Spartacus3D ?

La fabrication additive métallique est un procédé de mise en forme des métaux récent dont les technologies sont nombreuses et en constante évolution. En tant que centre technique industriel, nous nous devons de travailler sur l’ensemble des technologies pertinentes, ce qui est inatteignable sans moyens financiers colossaux. C’est pourquoi nous avons plusieurs partenaires industriels et académiques en fabrication additive qui nous donnent accès aux technologies SLM, EBM, DMD… La société Spartacus3D dispose de moyens et de compétences en fabrication additive métallique complémentaires aux nôtres, ce qui en fait un partenaire naturel. De plus, de par ses gènes puisque issue d’un groupe industriel spécialiste de la transformation des matériaux (groupe Farinia), cette société est résolument tournée vers les problématiques de la métallurgie dans un contexte industriel. En associant nos forces, nous sommes capables d’apporter une offre différenciante en fabrication additive métallique SLM.

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Gaëtan Lefèvre

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