Impression 3D : une révolution à ne pas manquer pour l ... · Rapport d’étude du Ministère de l’industrie, ... Réduction des déchets (la poudre non fusionnée « peut

Philippe LIGER,

SOGETI Hign Tech

Impression 3D : une révolution à ne pas manquer pour l'avenir de votre entreprise

DIAPO-GESTION DES IMPAYÉS.pptx

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Rapport d’étude du Ministère de l’industrie, de l’Energie et de l’Economie

Numérique (publié en 2011) :Objectif : mener une analyse des forces et faiblesses du développement des nouvelles technologies en France


Prémisses d’une arrivée à maturité en 2015

Définition – Réglementation

En-cours juridiques sur des problématiques liées à :

- la propriété intellectuelle ,- l’utilisation de matériaux certifiés

(biomédical, alimentaire, …),- la gestion des déchets et des émanations- la consommation des énergies.


« … Le manque de normes européennes et internationales en fabrication additive est un obstacle à la mise en œuvre industrielle de ce type de fabrication … le programme Sasam, vise à accompagner le développement de la fabrication additive en intégrant et en coordonnant les activités de normalisation en Europe. »

Source : CETIM

Principes fondamentaux

Un modèle numérique en 3D du produit à construire e st représenté via un logiciel de CAO.

Ce modèle, englobé dans un volume, est maillé puis exporté au format standard (STL).

Le progiciel positionne le produit dans l’environne ment machine, définit les paramètres d’impression du modèle (opti misation du

Un progiciel (souvent lié à la machine) découpe en sections le fichier du modèle 3D.


définit les paramètres d’impression du modèle (opti misation du process) et lance la fabrication.

La machine empile le(s) matériau(x) couche par couc he ou point par point jusqu’à obtention du modèle fini.

Outils CAO 3D


Source : http://dcorbille.free.fr/?p=2238Source :http://www.monunivers3d.com/guide/logiciels /

Procédés

En 2015 , beaucoup de technologies …

StéréoLithography Apparatus – SLA

Digital Light Product – DLP

Polyjet

Two-Photon Polimerization – 2PP

Selective Laser Sintering – SLS Direct Metal Laser Sintering – DMLS

Electric Beam Melting – EBM Three Dimensional Printing – 3DP

Multi-Jet Modeling – MJM

Fused Deposition Modeling – FDM

Laminated Object Manufacturing – LOM

Selective Laser Melting – SLM

Solid State Sintering – SSS

Laser EngineeredNet Shaping – LENS

Direct Metal Deposition – DMD

Continous Liquid Interface Production – CLIP


… autant de manières de les classifier

Two-Photon Polimerization – 2PP Continous Liquid Interface Production – CLIP

Fin 2000

Les procédés basés sur la capacité de certains matériaux à se solidifier sous

l’action d’un rayon UV

Les procédés fonctionnant par liage de poudre

Les procédés fonctionnant par dépôt successif de matière.

Procédés La 1ère brevetée et mise au point en 1986. SLA

Principe : bac de résine liquide solidifiée (photopolymérisation) par laser à rayons UV

� AVANTAGES

� Précision d’impression,

� Qualité des détails et de la finition (0,005 mm detolérance par rapport au design initial),

� Réalisation de grandes pièces possible (technologieMammoth �� pièce de 2m de diamètre)


� INCONVENIENTS

� Technique aboutie mais lente et coûteuse (complexité du dis positif),

� Matériaux limités en nombre et fragiles,

� Post-traitement fastidieux : rinçage par solvant + suppres sion desattaches support + renforcement mécanique dans un four UV (a vecrisque de déformation) + travaux de rendu

� APPLICATIONS

� Médical : moule dentaire, appareil auditif

� Bureau d’Etudes : maquette

� Automobile : maître modèle pour duplication sous vide ou moulage RIM

Vol. maxi = 1500 x 750 x 550 mm 3

800 000 €

Procédés DLP

Principe : concept similaire au SLA mais avec une lumière orientée par puce électronique.

� AVANTAGES

� Idem SLA

� Plus rapide que SLA (car seul le plateau sedéplace en Z), … et le FDM

� Potentiel matériaux plus important qu’en SLA,

� Raideur matériaux proche de l’ABS .


� Raideur matériaux proche de l’ABS .

� INCONVENIENTS

� Technique coûteuse (complexité du dispositif),

� Post-traitement nécessaire.

� APPLICATIONS

� Bijouterie : moule

� Ameublement : pièces de finition (petite série)

Vol. maxi = 280 x 210 x 200 mm 3

3 600 €

Procédés Polyjet

Principe : projection de résine couche/couche polymérisée instantanément par rayon UV.

� AVANTAGES

� Impression multi-matériaux,

� Large gamme de matériaux (caoutchouc àéquivalent ABS, opaque à transparent),

� Suppression des supports à l’eau.

Brevetée par OBJET en 1999.


� INCONVENIENTS

� Gestion des matériaux relativement complexe

� APPLICATIONS

� Arts créatifs : sculpture, jouet, maquette architecturale

� Bureau d’Etudes : maquette fonctionnelle

� Médecine : guides chirurgicaux

Vol. maxi = 294 x 192 x 148.6 mm 3

35 000 €

Procédés SLS

Principe : particules de poudre dans un bac, frittées par laser CO2 (entre 70 et 200 W).

� AVANTAGES

� Large gamme de matériaux (plastique, céramique, verre, …),

� Réduction des déchets (la poudre non fusionnée « peut »être réutilisée),

� Post-traitement réduit : pas de matériau support

� INCONVENIENTS

Brevet exploité en exclusivité par 3D Systems… jusqu’en 2014.


� Porosité des pièces et état de surface « grossier »(homogénéité des grains),

� Consommation énergétique importante (puissance duLaser + temps de chauffage et de refroidissement)

Vol. maxi = 550 x 550 x 750 mm 3

1 000 000 €

� APPLICATIONS

� Aéronautique = conduit de ventilation

� Médecine = guide de perçage, prothèse

� Électronique = boîtier

� Automobile = équipement habitacle

Procédés DMLS

Principe : technologie SLS avec des métaux et un laser à fibre optique de 200 à 500W.

� AVANTAGES

� Technologie de production

� Précision de 0,1 mm

� Traitement de surface, thermique et finitions

� INCONVENIENTS

Mise au point par EOS en 1994.


� INCONVENIENTS

� Épaisseur mini des parois de 0,7 mm

� État de surface grossier et rugueux au toucher

� Métaux : gamme limitée, homogénéité impérative, prix élevé s

� APPLICATIONS

� Médical : implant dentaire

� Mécanique : pignon, engrenage

� Horlogerie : mécanisme intégré

� Aéronautique: prototype fonctionnel, élément de structur eVol. maxi = 250 x 250 x 300 mm 3

1 000 000 €

Procédés Mise au point par ARCAM créée en 1997 EBM

� INCONVENIENTS

� Pré et post-traitement d’éléments de support

Canon à électrons = 3600 W� AVANTAGES

� Rapidité d’exécution (le faisceau peut agir en +sieurs endr oits en même temps)

� Potentiel de réutilisation de la poudre non fusionnée + impo rtant qu’en DMLS.

� Intégrité matière garantie liée au process de fabrication ( sous vide)

Principe : projection de grains métalliques, fusionnés par faisceau d’électrons


� Gamme limitée de matériaux (conducteurs et qualifiés par leconstructeur)

� APPLICATIONS

� Aérospatiale : pièce ouvragée (rouets, moteurs)

� Aéronautique : composant de moteur, fuselage, ailette, fer rure, cadres,

� Energie : assemblage mécanique, vanne, aubes de turbine

� Sport automobile : pièce de moteur (turbo)

� Défense : composant de pièces d’armement

� Biomédical : prothèses, modèles « lattices » pour favoriser la fixation etla croissance osseuse

Vol. maxi = 350 x 350 x 380 mm 3

800 000 €

Procédés Développée par IREPA Laser et exploitée par BeAM.

CLAD

Principe : projection et fusion laser (4 kW) simultanées de particules métalliques.

� AVANTAGES

� Réparer et ajouter des fonctionnalités sur des piècesexistantes

� Excellentes performances métallurgiques

� Quantité de matière optimisée (recyclage possible)


� INCONVENIENTS

� Process efficace mais long à mettre en œuvre(paramètres)

� APPLICATIONS

� Aéronautique : reconstruction aubes de compresseurs,rechargement pièces de turbopropulseur

Vol. maxi = 1500 x 800 x 800 mm 3

? ??? 000 €

Procédés Brevet déposé par STRATASYS en 1989 … tombé dans le domaine public en 2009.

FDM

Principe : fil de matière chauffée puis extrudée sous forme de filament via une buse.

� AVANTAGES

� Technologie propre, facile à utiliser, adaptée au bureau

� Technologie de base pour développement de machinespersonnelles (projet REPRAP, origine de MakerBot, …)

� Thermoplastiques techniques stables tant du point de vuemécanique qu'environnemental.


� INCONVENIENTS

� Précision médiocre (ou coûteuse)

� Matériaux en exclusivité constructeurs (ex : ULTEM 9085)

� APPLICATIONS

� Services de consommations : capotages d’électroménager,de téléphone, de matériel informatique

� Jouets : Lego Vol. maxi = 914 x 610 x 914 mm 3

400 000 €

Matériaux

Format Technologie Particularité Prix

ABSDérivé

BobineLiquide

FDMSLA, Polyjet

Résistance à l’eau, la chaleur

Fil : entre 30 et 200 €/kg

Résine : entre 200 et 600 € /l

PLA Bobine FDM Biodégradable (amidon de maïs)

PET Bobine FDM + Résistant que l’ABS

PolyamidesPoudreBobine (Nylon)

SLSFDM

Résistant

Résines PoudreSLAPolyjet

Finitions (peinture, chromage, …)

Polypropylène (PP) Liquide SLA Résistant à l’abrasion et aux chocs


PVAHIPS

BobineBobine

FDM Biodégradable, soluble dans l’eau.Simili ABS, soluble dans le D-limonène

Aluminium (Si, Mg) Poudre Solide, très résistant à la chaleur Entre 100 et 150 € /kg

Acier maragingInox

Poudre DMLSRésistant à la ruptureFacile à usiner,Post-traitement de qualité (polissage)

Entre 90 et 300 € /kg

Chrome/Cobalt Poudre EBM Résistant à la corrosion, l’usure,les hautes températuresBiocompatible


Inconel (Alliage Ni-Cr) Poudre DMLS Marque déposée Top Secret !!!

Titane et alliages Poudre DMLSEBM

Solide, résistant à la corrosionBiocompatible


Matériaux

EOS3D Systems

EXCELTECCRP Technology

Certification :BiomédicaleAlimentaireRésistance au feu (norme UL94 V_0)


Matériaux


Applications – Domaines

Automobile : pièces de moteur, d’équipement intérieur et extérieur (30% du marché)

Aéronautique : pièces structurelles (Titane, Aluminium) et d’équipement (ULTEM 9085)

Biomédical : implants et prothèses dentaires, appareillage auditif

Electronique : boîtiers, carte de circuit Energie : conduit de refroidissement

Luxe : accessoire, habillement Electroménager : aspirateur, bouilloire

Chirurgie : orthopédie (depuis +10 ans)


Bâtiment : construction (béton), avant-projet (maquette)

Bijouterie : bague, montre

Ameublement : poignée d’ouvrant

Jouets : assemblage, figurine Défense & armement : pistolet, grenade

Spatial : éléments de propulsion Ariane 6

Secteurs à maturité :- médical / dentaire : production à échelle industrielle- outillage : production industrielle à petite échelle- aéronautique : production sur ligne pilote- automobile : prototype et production industrielle de pièce d’équipement

Enjeux industriels

Secteurs Avantages Applications

Technique

Production

Economique

� Allègement de pièces

� Conception de nouvelles structures ( Vs. anciens impossibles)

� Utilisation de matériaux différents dans une même pièce

� Réduction des coûts et délais du développement à l’industrialisation

� Réduction des stocks

� Simplification du cycle de fabrication

� Réduction des coûts (délai , transport)

� Consommation de matières premières

� Prototypage

� Pièces série, de rechange

� Pièces de test et outillages

� Nouveaux programmes

� Re-conception

� Innovation de rupture

� Innovation incrémentale

� Prototypage



Ecologique

Social

Mises à jour nécessaires Jalon Applications

� Consommation de matières premières

� Réduction du fonds de roulement (matières, stocks, cycles)

� Réduction des flux (transport, matières)

� Diminution du volume de déchets produits

� Ré-internalisation (capitalisation d’un savoir-faire)


� Pièces de test et outillages

� Réduction du fret

� Limitation des rejets et rebus

� Cellule R&D interne

� Réseau de compétences

� Plastic

� Metallic

Répétabilité

Tests

Obsolescence

� Débloquer les niveaux de maturité les plus élevés

� Compatibilité technique (esthétique, vibrations & chocs, fatigue,

environnementaux, …)

� Transfert de compétences( internalisation , externalisation )

Marché

2011 : 11 000 imprimantes 3D vendues



Source : Cabinet Gartner

Les machines


2015 : 217 000 imprimantes 3D pour 1,6 Md $ de volu me d’affaires

2018 : 2 300 000 imprimantes 3D pour 13,4 Md $ de v olume d’affaires

Marché

R&D – Centres de compétences technologiques :

AFPR (Meudon),

CETIM-CERTEC (Bourges),

CNRS (Nantes),

EMC2 (Nantes),

Viaméca (Clermont-Ferrand),

IREPA Laser (Strasbourg)

…Intégrateurs – utilisateurs :

- CADVision, MG2 Systems,

Les acteurs principaux

1986 3D SYSTEMS3D SYSTEMS

STRATASYSSTRATASYS

Z CorpZ Corp

1989

1995

1997

EOSEOS

ARCAMARCAM

Fabricants


- CADVision, MG2 Systems,

- Kallisto,

- 3D Avenir, SL Diffusion,

- Phenix Systems,

- Multistation,

- …

Utilisateurs :

1998

2009

OBJET GeometriesOBJET Geometries

MAKERBOTMAKERBOT

2012 STRATASYSSTRATASYS

2013 STRATASYSSTRATASYS 3D SYSTEMS3D SYSTEMS

ALM et Sogeti High Tech

Ingénierie

technologique

pluridisciplinaire

5 domaines métier


5 domaines métier

�Ingénierie Système

�Ingénierie Logicielle

�Ingénierie Physique

�Test – Contrôle

�Conseil


FE Simulation

•Detailed modelling

•Linear & non linear

•Virtual Testing

Static

•Composites & metallic materials

•Justification/Certification

Design

•R&T / Aircraft architectures

• Composite & metallic

•Tools

Fatigue

•Reparation/Modifications

•F&DT analyses

Optimisation

•Structural Optimisation

•MDO

Space

•Telecom Satellite

•Earth observation

•Equipments


Aerodynamic

•Structured/Unstructured/Hybrid meshing

•CFD calculation

•Automation

Acoustic

•Numerical simulation

•Wind tunnel & flight test analysis

•Noise propagation

Project

Performance

•Management support

•Technical expertise

Customer

Services

•Tech Data

•Off-shore management

Manufacturing

Engineering

•Additive

Manufacturing

•Digital Manufacturing

•Design to cost

Innovation

Work

•PhD: acoustic, composite

•Internal research


Définir les caractéristiques géométriques de la pièces qui permettraient de répondre aux

mieux aux besoins identifiés

Intégrer au plus tôt les règles métiers et les spécificités de

fabrication de la méthode choisie

LA CONCEPTION À PARTIR DE LA FABRICATION

OPPORTUNITÉS DE LA FABRICATION ADDITIVE GRÂCE À L ’OPTIMISATION TOPOLOGIQUE

Col de Cygne


Original – Fabriqué par Usinage

Optimisé – Fabrication Additive

Conclusion

Se poser les bonnes questions :

Quelle(s) matière(s) permet(tent) d’obtenir les caractéristiques attendues

du produit ?

Quelle(s) technologie(s) permet(tent) la mise en œuvre de cette matière ?

Tenue statique, dynamique, en endurance, en température, au vieillissement, à la

corrosion, densité, couleur, …

Quel doit être le niveau de qualité des formes et des surfaces ?

Résolution, précision géométrique, précision dimensionnelle, état de surface, …


… auxquelles nous nous efforcerons d’apporter de bonnes réponses.

Philippe LIGER - Calculs Structures

Tél.: 05.46.66.60.12. | Mobile : 06.26.87.04.26.

5, rue Ampère - Zone de la Corne Neuve | 17139 DOMP IERRE SUR MER

Résolution, précision géométrique, précision dimensionnelle, état de surface, …

Quel sera le coût global d’obtention du produit fini ?

Investissement, consommables, usinage, assemblage, main d’œuvre, post-

traitement, temps de cycle, quantité de produits, …




N’hésitez pas,

posez votre question !

Prochain P’tit Dej CCI :

Thème : Marketing de réseau,

l'entreprise du 21ème siècle

Le 3 novembre à Niort

Le 5 novembre à Thouars

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