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12/10/2015 Technologies additives 1
Philippe MARINAlain DI-DONATO
12/10/2015 Technologies additives 2
GI-NOVA
CIM
MOCN
SEISMSimulation numérique, prototypage, Plateau projet collaboratifsGrenoble INP Génie Industriel
Pilotage et contrôle des systèmes de productionGrenoble INP ENSE3
Production mécaniqueIUT GMPUJF Grenoble 1
Instrumentation recalageUFR PHITEM UJF Grenoble 1
Production et simulationESIA – IUTAnnecy
Universitéde
Savoie
Visualisation interaction produit-concepteur-utilisateurExpérimentation des usages collaboratifsG-SCOP (CNRS-UJF-INP)
CARTOGRAPHIE :5 plateformes = 5 thématiques
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Qu’est-ce que ?
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MISSIONS de la PLATEFORME GI-NOVA:
Prototypage Impression 3D
Simulation numériqueCFAO-PLM-GPAO-ERP…
Eco Conception
Simulation d’architecture de ligne de production
Moyens expérimentauxpour l’Ingénierie collaborative
Réalité virtuelleProduit numérique interactif
ADIPSIDistribution de logiciels
à distance
Apporter un soutien matériel et technique privilégié aux enseignants dusite Grenoblois.Apporter un soutien à la recherche par la mise à disposition de moyens enrelation avec les laboratoires.Apporter un outil de valorisation auprès des entreprises des compétenceset des moyens des laboratoires et des écoles.
Qu’est-ce que ?
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Fabrication additive :Principaux objectifs
Obtenir un modèle matérield’une pièce quelconque conçue en CAO
– dans un délai rapide– à moindre coût– sans outillage spécifique
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Domaines d’application
Automobilepièces mécaniques & esthétiques
Bio-médicalprothèses
Électroménager
Mécaniqueprotos, moules, électrodes
Hydraulique
Luxe,flaconnage, bijoux
Composantsélectriques
Pièces plastiquesjouets, lunettes...
Fabrication additive : historique
Technologies additives12/10/2015 6
• 1980 : Le professeur Jean-Claude André de l’ENSIC de Nancy invente le procédé de Stéréolithographie
• 1984 : Charles Hull crée 3D-System et industrialise la Stéréolithographie (SLA)• 1985 : la société DTM Corporation (USA) dépose le brevet du Selective Laser Sintering (SLS)• 1988 : 1ère machine SLA commercialisée par 3D-System : SLA-2502• 1988 : S. Scott Crump fonde aux USA Stratasys et développe le procédé Fused Deposition Molding
(FDM)• 1993 : Développement du dépôt de poudre et impression par liant au MIT (USA)• 1995 : Z Corporation (USA) achète une licence du procédé à poudre• 1996 : Apparait pour la première fois l’utilisation du terme IMPRIMANTE 3D• 1997 : Fondation de ARCAM AB (Suède) et lancement du procédé Electron Beam Melting (EBM)• 1999 : La société Objet Ltd (USA) brevette le procédé PolyJet• 2000 : Développement du Direct Metal Laser Sintering (DMLS) et du Selective Laser Melting (SLM)• 2000 : Le bureau de standardisation américain adoptera l’appellation officielle de SLM• 2002 : Première implantation d’une machine EBM modèle S12 dans l’industrie• 2005 : Diffusion du projet RepRap par Adrian Bowyer professeur de l’université de Bath (G.B.)• 2011 à 2014 : Augmentation des ventes d’imprimantes 3D en augmentation de 150 %/an en
moyenne• 2014 : DMG MORI présente la première machine hybride additive/soustractive
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Principe généralModèle CAO Volumique
découpage en « tranches » parallèles
Matérialisation des tranches les unes sur les autres
Succession de contours fermés
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Classifications des technologies additives
Principe physique
polymérisation
collage
fusion
découpe+collage
extrusion
Culture
Générationde couche
contours
hachurage
surface
Matériau
Résine polymère
Thermoplastique
Plâtre
Sable
Bois
Métal
Bio / comestible
Matière vivante
Énergie
Laser
UV
thermique
chimique
mécanique
Faisceau d’électrons
Phase brute
Solide en fil
Poudre
Liquide
Solide en plaque
Gel
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Liquide polymérisation Laser hachurageRésine
[http://www.grostracteurspassion.com]
Opérations requises :– Description des contours– Quadrillage des surfaces– Post-cuisson des alvéoles résiduelles– Supports pour les fortes contre-
dépouilles
Qualités :– Bonne précision (0,1mm)– Petits détails (0,6mm)– Parois minces possibles– Vieillissement à la lumière
Stéréolithographie
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Stéréolithographie
10mm
210mm
Copyright © GAGGIONE
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Flashage UV : principes
Liquide polymérisation UV surfaceRésine polymère
Opérations requises :– Préparation des supports (logiciel)– Flashage couche par couche– Extraction des supports– nettoyage
Qualités :– Très bonne finition– Précision (0,2mm)– Détails très fins (0,05mm)– Parois minces (1mm)– Bonne résilience– Durcissement progressif à la lumière– Moins bon côté supports
(Source : envisionTEC)
Résine liquidephotosensible
Résine solidifiée
SupportsVitre
Vidéo projecteur
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Flashage UV• Résine photosensible
– Détails très fins– Changement complexe– Se fragilise à la lumière UV– Assez onéreuse Plateau
Résine liquide
Pièces finies
Supports
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Flashage UV : Exemples
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PolyJet
Liquide polymérisation UV balayageRésine polymère
Opérations requises :– Préparation des supports (logiciel)– Balayage des couches par lignes– Extraction des supports– nettoyage
Qualités :– Très bonne finition– Précision (0,1mm)– Détails très fins (0,05mm)– Parois minces (1mm)– Multi-couleurs/matériaux– dégradé de couleurs / duretés
http://www.stratasys.com
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Dépôt de fil en fusion : FDM
Solide en fil fusion thermique hachurageThermoplastiqueOpérations requises :
– Description des contours– Quadrillage des surfaces– Supports pour les fortes contre-
dépouilles– Dilution des supports
Qualités :– Précision (0,2mm)– Détails selon diam.fil (0,3mm)– Bonne résistance– Maîtrise du remplissage– Peu onéreux– Etat de surface rugueux
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FDM : supports
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FDM : RepRap
RepRap vs uPrint
http://blog.reprap.org
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Poudre collage chimique surfacePlâtre
Opérations requises :– Dépôt couches de « plâtre » et liant
coloré « jet d’encre »– Dépoudrage– Imprégnation de colle
Qualités :– Précision (0,1mm)– Détails fins (0,2mm)– Pas de support– Bonne résistance selon épaisseur– Pièces colorées– Etat de surface granuleux– Pas de parois très minces (2 à 3mm)
(Sources Z-Corporation
Impression 3D
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Impression 3D
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Impression 3D
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Selective Laser Sintering: SLS
Poudre fusion Laser hachurage
Plastique
Sable
Métal
+ liant si besoin
Opérations requises :– Balayage laser couche par couche– Dépoudrage– Finition
Qualités :– Précision (0,2mm)– Détails (0,1mm)– Parois minces– Surface granuleuse– Matériaux variés (métaux, plastiques, céramiques, sables…)
– Poudre métal : imprégnation bronze possible
(Source Phenix Systems)
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SLS
http://www.kinzoku.co.jp
http://directmetallasersintering.blogspot.fr
http://vortexspace.org
(Source CLFA Fraunofer ILT)
http://www.axisproto.com :DMLS acier inox
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- Faisceau Laser :- Direct Metal Laser Sintering
(DMLS)- Selective Laser Melting (SLM)
- Faisceau d’Electron :- Electron Beam Melting
(EBM)
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Fusion de poudre métalliquePoudre fusion hachurageMétal
Faisceau d’électrons
Laser
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Electron Beam Melting : EBMPoudre fusion hachurageMétal Faisceau d’électrons
Opérations requises :– Idem SLS– Travail sous vide– Supports + évacuation thermique
Qualités :– Matière TA6V– Grande résistance http://www.arcam.com
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Construction Laser Additive Directe : CLAD
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Construction Laser Additive Directe : CLAD
Source : https://www.3dnatives.com/beam-open-innovation-impression-3d-17062015/
Source : http://www.irepa-laser.com/
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Stratoconceptiondécoupe+collageSolide en plaque mécanique contours
Plastique
Bois
Métal
Opérations requises :– Préparation strates et inserts– Usinage des tranches– Assemblage manuel– Finition
Qualités :– Machine « standard »– Précision (0,05 à 0,2mm)– Détails limités par diam. fraise– Matériaux « à volonté »– Grandes dimensions possibles– Technologie française– Faible coût
(Sources Cirtes)
Stratoconception: recto-verso
12/10/201528 Technologies de Prototypage Rapide
Épaisseurde maintien
12/10/2015 Technologies additives 2912/10/201529 Technologies de Prototypage Rapide
Stratoconception : processus
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Stratoconception : exemples
(Source Cirtes)
12/10/2015 Technologies additives 31
Additif + soustractif
Source : DMG MORI
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Outillage Rapide…
• ORI : coulée sous vide– Pièce PR moule silicone
• ORI : fonderie à modèle perdu– Pièce PR cire/ABS/… carapace
• ORD ou ORI : moulage sable– Moule + noyaux sable direct (SLS)– Plaque modèle bois (Stratoconception)
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Autres technologies… autres applications
• LOM (feuilles « papier », découpe laser)
• CandyFab (http://wiki.candyfab.org)
• Bio-impressionhttp://etsinnovation.wordpress.com/2012/03/05/3d-bio-printing-imprimer-
des-muscles-et-des-organes/
Micro-pignon
1,2 mm
Stent
http://www.youtube.com/watch?v=vAi3fUlMdHk&feature=endscreen&NR=1
http://www.organovo.com/science-technology/bioprinted-human-tissue
http://www.wakehealth.edu/WFIRM/
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Pièces complexes
3A : http://www.rm4metal.com/
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Pièces complexes
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Pièces complexes
http://www.3ders.org/articles/20140915-futurist-christopher-barnatt-report-london-2014-3d-printshow.html
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Bio-printing
[1] Auteur inconnu. Disponible sur http://blog.econocom.com/wp-content/uploads/2013/10/bio-printing3-500x261.jpg (consulté le 05/10/2014) [2]Organovo compagny. Disponible sur http://www.organovo.com/company/about-organovo (consulté le 05/10/2014) [3] H, Jalinières. Disponible sur http://www.sciencesetavenir.fr/galeries-photos/sante/20140708.OBS3058/la-bio-impression-3d.html (consulté le 05/10/2014) [4] D.Sergent. Disponible sur http://www.la-croix.com/Actualite/France/Comment-fabriquer-de-la-peau-avec-une-imprimante-3D-2014-07-06-1175172 (consulté le 05/10/2014)
Objectifs moyen terme :Muscles cardiaquesPoumonsVaisseaux sanguinsRein
http://www.homemedia.fr/guides/220-dossier-l-impression-3d-expliqu-1.html
12/10/2015 Technologies additives 38
Applications médicales
Implants osseuxProthèse dentairehttp://www.delcam.com/
http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:436633/FULLTEXT01.pdf
http://www.stratasys.com/
Hearing aids
Orthopédie http://3dprintingindustry.com/
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Micro Fabrication additive
Micro StéréoLithographie de pièces céramiques complexes ( par Serge MONNERET)Mohammad Vaezi & Hermann Seitz & Shoufeng Yang . A review on 3D micro-additive manufacturing technologies. Int J Adv Manuf Technol (2013) 67:1721–1754Eric Nuxoll. BioMEMS in drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews (2013)
µSL à polymérisation vectorielle
µSL par masque dynamique
• Micro SL• Micro SLS• Micro 3DP
Stent
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LES MATERIAUX NON METALLIQUES :
- Technologie FDM – Matériaux en filament bobinéABS (neutre, conducteur)Nylon Iglidur (matériau IGUS : faible coeff. de friction et bonne résistance à l’usure)PC et PC-ABSPEEKPET chargé ou nonPLA rigidePLA flexible (NinjaFlex, FilaFlex, CrystalFlex, LayFomm (caoutchouc))PLA fibre de carbone / boisPLA métal (Alu, Cuivre, Conducteur, Bronze, Inox, Laiton, Magnétique… )POMPVAULTEM (9085)… et bien d’autres…
Des matériaux variés !!
http://industries-creatives.com/personnalisation/impression-3d-et-materiaux-durables/
http://www.cadvision.fr/materiaux-imprimante-3d/absi/
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http://www.priximprimante3d.com/g3dp/
https://mrmondialisation.org/des-etudiants-font-de-limpression-3d-de-graine-et-de-terre/
LES MATERIAUX NON METALLIQUES :- Technologie Photosensible (DLP, Polyjet, Photopolymérisation,
Stéréolithographie)Matériaux en base liquides (bain ou gouttelettes).
Formulations propriétaires, mais souvent des similitudes de matériaux :ABSBio-compatibleCéramique (résine contenant de la poudre céramique)Contact alimentaireFlexiblePolypropylèneRésistant à la température (67°C ou 80°C avec post traitement)Transparent…Mais attention, étant photosensibles ces matériaux ont leurs propriétés mécaniques qui varient dans le temps (fragilité accrue, tenue en fatigue, résistance …).
Des matériaux variés !!
http://www.stratasys.com/materials/polyjet/compare-polyjet-materials
LES MATERIAUX NON METALLIQUES :
- Lit de poudre et jet de liant – Base poudre et liant liquide
Poudre composite à base de plâtre + liant base aqueuse
- Frittage Sélectif par Laser (SLS) – Matériaux en poudre
Alumide (mélange polyamide et aluminium)PA11, PA12, PA12 + fibre de verre, PA12 + fibre de carbonePS (polystyrène)PAEK (polyaryletherketone) = PEEK semicristallinSable enrobé
+ matériaux propriétaires
Des matériaux variés !!
LES MATERIAUX NON METALLIQUES :
- Stratoconception - Matériaux solides au format « planche »
Attention : dépend de la machine utilisée (fraiseuse CN, découpe laser, jet d’eau, fil chaud)
Bois et dérivésCompositesPlanche usinable en polyuréthane avec ou sans chargePolystyrènePURENITPMMA (pour objets transparents)…En somme tout matériau usinable, découpable … à plat.
LES MATERIAUX METALLIQUES :
- Fusion Sélective par Laser (SLM), Frittage Laser Direct de Métal (DMLS), Fusion par Faisceau d’Electrons (EBM) – CLAD - Matériaux en poudre
Aciers inox (316L, 15-5 PH, 17-4 PH)Acier maraging au nickelAciers d’outillageAlliage d’aluminium (AlSi10Mg)Chrome-Cobalt (CoCrMo)Inconel (625, 718)Titane et ses alliages
… le reste à venir…
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• …et si vous avez des questions,• nous restons à votre écoute !
Merci de votre attention…