Projet pédagogique S-MART (Stage 2018) – Quelle chaine numérique pour la fabrication additive ?
La plateforme S-mart Toulousaine (https://www.aip-primeca-occitanie.fr/) a accueilli un stagiaire de Master 2 GMA de l’UT3, Alain Bardie, pour une durée de 5 mois durant le 2ème semestre de l’année universitaire 2017-2018.
Celui-ci avait en charge la réalisation d’un projet proposé par une équipe de chercheurs dans le cadre d’une collaboration entre l’INSA, UT3 et l’Institut Clément Ader de Toulouse. Le projet, intitulé « Chaine numérique libre en fabrication additive » a eu pour finalité d’identifier une « chaine numérique » autour de la fabrication additive, en exposant une chaine de valeur la plus complète possible et en identifiant les possibilités d’open source, open data et open innovation.
La fabrication additive est un domaine en pleine expansion, mobilisant un grand nombre d’acteurs économiques et académiques des domaines des sciences de l’ingénieur, des matériaux et de l’ingénierie des systèmes. De nombreuses briques (technologiques, sociétales, environnementales, …) ont été identifiées autour de ce domaine. Celles-ci ont fait émerger de nouvelles manières d’envisager l’industrie du futur notamment en intégrant la fabrication dès l’étape de conception. De nombreuses solutions propriétaires ont été développées ou adaptées pour capter ce marché très prometteur.
Cependant, la chaine de valeur autour de la fabrication additive étant très large et complexe, la notion de «chaine numérique » reste relativement peu définie, ni évaluée. Il est donc pertinent d’identifier une « chaine numérique » autour de la fabrication additive, en exposant une chaine de valeur la plus complète possible et identifiant les possibilités d’open source, open data et open innovation. L’idée est de ne pas restreindre la fabrication additive à l’impression 3D mais également considérer tous les procédés de fabrication « additive », comme par exemple la fonderie.
Au cours de son stage, M. Bardie a su Identifier et cartographier les briques qui constituent le domaine de la « fabrication additive : la définition des surfaces fonctionnelles et du chargement mécanique, le choix d’un volume enveloppe et d’un matériau, l’optimisation topologique, la post-conception pour adapter les formes au procédé considéré, la réalisation et le parachèvement. Il a également identifié les solutions propriétaires ou libres qui répondent aux besoins, telles ques Abaqus ainsi que des solutions libres comme TopOpt3D et Topostruct. Ces solutions ont été comparées d’un point de vue efficacité et ergonomie. Il a enfin évalué les performances de certaines solutions précédemment identifiées en mettant en oeuvre une chaine numérique « fabrication additive » à travers un exemple didactique. Cet exemple, traitant le cas d’une potence de vélo schématisé Fig. 1, pourra être le support d’une séquence pédagogique fabrication additive au niveau bac +4.
Dimensionnement du modèle envisagé
Le travail mené a mis clairement en évidence le lien particulier entre une forme qui a fait l’objet d’une optimisation topologique et un procédé de Fabrication Additive choisi. Ce lien se traduit par une étape de « post-conception » qui consiste à adapter la forme afin de la rendre compatible avec le procédé choisi. À titre expérimental, une étude comparée entre une pièce métallique imprimée et une pièce moulée en cire perdue, dont le modèle a été obtenu par impression 3D, a pu être menée. Cette étude montre une nouvelle voie d’application de la Fabrication Additive en remplaçant la Fabrication Additive directe d’une pièce donnée par la réalisation d’outillages en Fabrication Additive qui permettent d’obtenir cette pièce. Cette dernière approche est utilisée dès cette année dans les enseignements de Fabrication Additive au département de génie Mécanique de l’INSA de Toulouse.
Différentes étapes de la mise en œuvre du produit
Un lien décrivant les éléments significatifs du travail est disponible ici.
Ce travail a été proposé au prix du meilleur projet étudiant lors du 16ème Colloque National S-MART.