Magazine Vendredi 8 février 2019 - 09:24

L’écosystème de la fabrication additive aux APS Meetings 2019

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La diversité s'invite cette année au congrès des APS Meetings ! Nouvelles technologies, nouveaux services, nouvelles solutions logicielles, le monde de la fabrication additive foisonne d'initiatives. Venez les découvrir à la convention d'affaires et au congrès APS Meetings 2019.

Cette nouvelle année est l'occasion de faire un zoom sur les offres d'accompagnement que proposent les fournisseurs de services. Les éditeurs de logiciels réagissent rapidement à l'émulation du marché et répondent point à point aux besoins émergents. Les experts veillent à nous éclairer pour mieux franchir les étapes de déploiement des technologies de fabrication additive et d’impression 3D. De nouvelles technologies voient le jour autant pour couvrir les besoins en termes de fabrication de pièces polymères techniques que pour faciliter l'accès à la fabrication de pièces métalliques ou céramiques. L'écosystème s’enrichit pour apporter les meilleures solutions à nos besoins. Avec un tel environnement, il n’est plus question de survoler la fabrication additive, mais bien d’y plonger sans plus attendre.

Comment la fabrication additive révolutionne-t-elle la métallurgie ?

La fabrication additive est en passe de s'imposer comme un nouveau procédé de mise en forme des matériaux métalliques. Mais derrière cette révolution imminente se cache une autre révolution plus discrète, celle des métiers traditionnels de la métallurgie. À titre d'exemple, dans un domaine aussi mature que celui des plaques de voirie, il est maintenant possible d’adapter l’outil de production en un temps record pour personnaliser à la demande une gamme de produits et en faire des éléments de design parfaitement intégrés au mobilier urbain. Toujours en fonderie, la trappe de maintenance aéronautique Eole – conçue collaborativement par le CTIF, Sogeclair Aerospace, Voxeljet, Altair et Ventana (à découvrir sur a3dm-magazine.com) – a apporté la preuve que l'optimisation topologique n'est pas réservée à la fabrication additive métallique. L'impression 3D « indirecte » permet de réaliser des pièces extrêmement complexes, de très grandes dimensions, rapidement et à un coût compétitif.

La fonderie n'est pas le seul secteur de la métallurgie qui bénéficie des apports de cette technologie. La pince de robot LETo (développée par le CTIF en partenariat avec Spartacus3D) a démontré qu'il est possible de diviser par deux le coût total de possession de l'outillage en combinant le matériau Inconel® 718 avec le procédé SLM. Dans le secteur de l’emboutissage, où les niveaux d’exigence de qualité d'aspect allongent les temps de mise au point des outillages, chaque surépaisseur ou manque de matière dans l'empreinte générant des défauts rédhibitoires, la fabrication additive change également complètement la donne. 

Les apports de l'impression 3D ne se limitent pas aux procédés de fabrication. La fabrication additive donne aussi accès à la conception et à la fabrication de nouveaux méta-matériaux. Les structures lattices, les cellules de Kelvin, les gyroïdes sont autant de géométries macroscopiques qui, si elles sont associées à des alliages dont la microstructure est adaptée, permettent de satisfaire des besoins fonctionnels, chose impossible jusqu’alors. Last but not least, la fabrication additive est un formidable vecteur de communication auprès des jeunes générations pour redorer l'image des industries métallurgiques. Révolutionner les industries de la métallurgie par des techniques de pointe pour leur donner un avenir durable est un challenge qui ne peut que faire rêver nos jeunes.

Par Paul-Henri Renard, directeur général du CTIF.

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Pour une implémentation réussie de la fabrication additive

Dans un contexte « Usine du Futur », la fabrication additive permet à l'industrie française d'accélérer sa transformation numérique, de monter en gamme et de création de valeur. Implémenter une technologie de rupture n'est cependant pas chose aisée ! S’il est indispensable que cette usine du futur soit plus performante, plus sûre, plus respectueuse de l’humain et de l’environnement, il convient également de bien évaluer les enjeux et d'en préparer les conditions de réussite.

Pour accompagner cette mutation, l'état s'engage auprès des industriels au travers de divers dispositifs : mesures fiscales, aide au financement, programme 3D Start PME. L'écosystème français autour de la fabrication additive participe à l'élaboration du cadre normatif et réglementaire, fourmille de projets de recherche au sein d’instituts labellisés Carnot et s'enrichit de nouvelles plates-formes pour démultiplier l'accès à la technologie. Les conditions actuelles semblent propices à l'expérimentation, à la montée en compétences et à la maturation de nouvelles offres de services et de produits.

La fabrication additive bouleverse la façon de concevoir, de produire, d'acheter et de vendre. Un changement d’ordre culturel, qu'il convient de décliner en mode organisationnel. Le savoir-être avant le savoir-faire ! Ce prérequis conditionne la mise en place efficace d'une activité dans laquelle chaque partie prenante sera impliquée. Il convient maintenant de s'assurer que la maîtrise technologique serve une stratégie partagée par l'ensemble des acteurs de l’entreprise et de préparer les conditions opérationnelles d'installation (infrastructure), de conformité (réglementaire) et de performance (qualité).

Par Élisabeth Rey, Additive Conseil Sécurité.

La fabrication additive associée au soudage

Par rapport aux techniques traditionnelles de mise en forme ou d'enlèvement de matière, la fabrication additive ouvre de nouvelles voies pour la conception des pièces. Elle offre également de nouvelles solutions pour la réparation, en maintenance aéronautique par exemple. Avant d'être appliquées sur des pièces réelles,  les différentes techniques – considérées comme des « procédés spéciaux », devront toutefois être qualifiées, ce qui nécessite une parfaite maîtrise des procédés.

Styx Technologies est une entreprise de métallurgie spécialisée dans le secteur de la fabrication additive qui propose à ses clients de les accompagner dans la découverte des nouvelles technologies. À l'occasion des APS Meetings, la société présentera une pièce aéronautique en alliage de titane sur laquelle des défauts – impact, erreur d’usinage, corrosion – ont dû être traités. L’entreprise a défini des reprises agrégeant trois solutions de fabrication additive et deux technologies de soudage. L'impression 3D des reprises ainsi que le soudage ont été simulés afin de minimiser les contraintes et les déformations résiduelles.

Ce démonstrateur a permis à Styx Technologies de créer un écosystème d'industriels adapté et de concevoir un processus complet de réalisation, depuis la conception jusqu'à la phase de réalisation (impression 3D, usinage, soudage), en passant par la création des fichiers 3D, ou encore l’optimisation de la chaîne de fabrication via la simulation. Chaque difficulté, inhérente à chaque étape, a été identifiée. Et un processus de reprise ou d’ajout de fonction, applicable à la conception ou à la réparation avancée de pièces aéronautiques ou d'outillages, a été mis au point. Cette approche peut être appliquée à d'autres pièces, conçues traditionnellement, et dont la complexité aurait été réalisée par fabrication additive.

Par Jean-Paul Comin, Styx Technologies.

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Une aide pour une industrialisation de la fabrication additive

Siemens utilise la fabrication additive depuis plus de dix ans. Grâce à cette technologie, la division Power and Gas a pu simplifier et accélérer le processus de réparation des brûleurs de turbines à gaz. Depuis, la fabrication additive s'est déployée dans toutes les divisions du groupe, apportant des bénéfices dans des domaines aussi variés que le médical ou le ferroviaire.

Contrairement à ce que l'on peut entendre, la fabrication additive n'est pas exempte de règles de conception. Celles-ci sont même indispensables pour certaines technologies telles que l'impression métallique sur lit de poudre, la forme de la pièce ayant une influence directe sur le coût final de sa fabrication. Une mauvaise conception peut, entre autres, accroître les risques d'échecs d'impression ou décupler les opérations de post-traitement. Ces règles n'étant cependant pas toujours suffisantes pour garantir une impression correcte « du premier coup », il est nécessaire d'utiliser des logiciels de simulation des procédés afin d'anticiper les problèmes et de valider la conception avant même l'impression de la première pièce.

Les méthodes actuelles – basées uniquement sur une approche mécanique (inherent strain) de la simulation du procédé – ne permettant pas des résultats suffisamment précis pour garantir la réussite de la fabrication, la Simcenter 3D Additive Manufacturing de Siemens intègre une nouvelle méthode qui prend en compte non seulement l'historique thermique de la pièce pendant son impression, mais également l'influence de la rigidité de chacune des couches imprimées. Enfin, l’utilisation de mailles tétraédriques autorise une représentation plus fidèle des surfaces des modèles et met en évidence de nouveaux phénomènes tels que les lignes de rétrécissement (shrink lines). Ces améliorations ont permis d'accroître la fiabilité des prédictions des résultats et d'accélérer le processus d'industrialisation de la fabrication additive.

Par Emilien Goetz, Siemens

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Exemple de corrélation des déformations résiduelles entre la simulation et un scan 3D sur une pièce VTT.

Les systèmes de contrôle 3D

Les nombreuses étapes de conception en fabrication additive sont plus ou moins complexes. Les pièces fabriquées en 3D étant parfois irréalisables sans contrôle 3D, l’inspection et la retro conception se révèlent de plus en plus incontournables dans les phases de développement de pièces imprimées, mais aussi en tant qu’outils de contrôle dans la ligne de production. Les systèmes de contrôle 3D interviennent à deux reprises.

Mesure de prototype

La rétro-conception est une méthode de création d'un modèle virtuel 3D à partir d'une pièce physique existante : prototype, pièce endommagée, pièces concurrentes. Elle est utilisée dans le cadre de la CAO, de la FAO, de l’IAO, d’un logiciel de simulation ou de toute autre interface, que ce soit pour analyser la fonctionnalité de la pièce, estimer la faisabilité d’un projet ou connaître le coût d'un produit. 

Dans le cadre de la fabrication additive, le scanning peut s'avérer très utile, voire indispensable, afin d'obtenir rapidement un modèle précis de la pièce à imprimer en 3D. La mesure d’un objet peut être réalisée :

  • pour une pièce à re-fabriquer, par exemple s'il n'existe plus de plan ou de CAO pour cette pièce ;
  • pour un prototype auquel des modifications ont été apportées ;
  • pour fabriquer un moule ou l’outillage d’une pièce.

Les outils de simulation permettent ensuite d’optimiser la géométrie de la pièce, de mettre en évidence les incompatibilités fonctionnelles selon l'environnement, de connaître les éventuelles optimisations à apporter à la cinématique de la pièce, ou encore de sélectionner les matériaux les plus appropriés.

Inspection

Dans le cadre de la production de pièces finales, le contrôle 3D intervient au niveau du contrôle dimensionnel. Cette inspection, qui permet de garantir la conformité dimensionnelle et ainsi de répondre aux exigences du bureau d'étude, peut être réalisée sans contact (ou par palpage) sur un grand nombre de matériaux, en comparaison ou non au modèle CAO, en mode manuel ou automatique, dans un environnement d’atelier ou de laboratoire. Le rapport de contrôle et les données qui en découlent fournissent entre autres un rapport de mesure complet et explicite, permettant d'identifier immédiatement les cotes hors tolérances.

Par Fabien Ducard et Marilyne Vojetta, Hexagon Manufacturing Intelligence.

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