| 01/10/2004 | Source : AOD |
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Les 10èmes Assises Européennes de Prototypage Rapide (AEPR), organisées par l'AFPR [1] avec le partenariat de l'AFIM [2], le concours de la GARPA [3] et le soutien d'AOD [4], se sont tenues les 14 et 15 septembre 2004 à la Maison de la Mécanique à Paris la Défense. Les participants ont pu découvrir les dernières évolutions en termes de technologies, de matériaux et de procédés de mise en œuvre des techniques de fabrication rapide de prototypes ou de pièces par ajout, déformation et/ou usinage de matière. Plusieurs exemples d'applications ont été montrés dans l'industrie, le médical, l'architecture et l'art, mais également de nouveaux domaines d'application des techniques de fabrication par stratification comme le formage de tôle libre. Ces conférences internationales ont regroupé une centaine de participants venus de plusieurs pays d'Europe : Allemagne, Angleterre, Belgique, Estonie, Finlande, France, Pays Bas, Portugal, Suisse, et des autres continents : Afrique du Sud, Chine, Etats-Unis. Elles ont été présidées par le Prof. Alain Bernard de l'IRCCyN, vice président de l'AFPR, et le Dr. Ian Campbell de l'Université de Loughborough. On parle de plus de plus de fabrication rapide de pièces "bonne matière", de l'unité à la grande série (avec des variantes pour la production de masse personnalisée), que l'on fabrique directement sans recourir à un outillage. Plusieurs exemples présentés aux AEPR démontrent qu'il s'agit désormais d'une réalité, que des industriels mettent d'ores et déjà ce procédé de fabrication en œuvre pour la fabrication directe de composants en plastique ou en métal, mais aussi pour la production de produits à la demande. L'application des technologies additives à cette fin est plutôt limitée actuellement, comme l'a souligné le Dr. Ian Campbell de l'Université de Loughborough qui a précisé que "la Fabrication Rapide a un rôle important à jouer en termes de valeur ajoutée sur certains produits mais les concepteurs doivent être mieux au courant quant à la façon d'intégrer cette valeur supplémentaire dans leurs conceptions." Mais pour que la fabrication directe de composants ou de produits se répande dans l'industrie, comme l'a expliqué Frits Feenstra de TNO Industrial Technology : "des sujets sur les questions de matériaux et de processus (par exemple intégrité structurale, fiabilité de processus, vitesse et exactitude), légales et de normalisation (par exemple étalonnage et contrôle de qualité, responsabilité du fait des produits) concernées par la fabrication doivent être résolus." Olivier Jay, de l'Institut Technologique du Danemark, a présenté des analyses économiques basées sur plusieurs études de cas qui démontrent l'intérêt de la fabrication additive dans la production de masse et il a également mis l'accent sur les contraintes à respecter pour l'expansion de ce nouveau mode de production dans l'industrie. Un autre point important abordé lors des conférences sur le sujet de la fabrication rapide est celui du transfert de nouveaux savoir-faire de la recherche vers l'industrie. "L'objectif final des sociétés est de s'approprier cette nouvelle technologie afin d'accéder à une indépendance technique, économique et stratégique," a souligné Nicolas Roulet du Laboratoire Conception de Produits et Innovation, ENSAM Paris. L'étude réalisée et présentée par l'ENSAM montre le besoin de proposer une méthode formalisée d'appropriation de la technologie laser, afin d'optimiser le succès des projets d'industrialisation des techniques de fabrication rapide et d'établir des bases saines en créant un nouveau savoir-faire. La
fabrication rapide de pièces par formage de tôle libre
est un nouveau domaine d'application du procédé de fabrication
par stratification. Le formage de tôle libre se fait par frappage
ou par frottage, à l'aide d'un robot ou d'une MOCN, par couches
successives comme dans le cas de la fabrication additive. Cette technique
s'apparente au repoussage évolué, utilisé pour former
des pièces cylindriques ou coniques, mais les techniques présentées
permettent désormais de produire des formes complexes. Une
autre tendance est que l'on reparle d'UGV pour la fabrication rapide
de prototypes avec des stratégies d'usinage visant à découper
la pièce en plusieurs parties afin d'appliquer le programme d'usinage
le mieux approprié, c'est-à-dire le plus rapide, à
chaque partie de la pièce, comme l'a présenté l'IFTS
avec une solution logicielle d'optimisation de l'usinage.
Sur le créneau de la production rapide, EOS s'est penché sur la question de l'optimisation de l'environnement de ses systèmes EOSINT P de frittage de polymères pour la fabrication de grandes séries de pièces plastiques. Le développement de l'ensemble IPCM (Integrated Process Chain Management), permet la gestion du flux de poudre aux différentes étapes du processus, depuis l'alimentation automatique des machines en passant par la station de déballage des fabrications, le mélange avec la poudre neuve, etc. La machine phare pour la production rapide chez EOS est l'EOSINT P700. Grâce à un volume de fabrication de 700x380x580 mm, il est possible de fabriquer simultanément plusieurs pièces identiques ou avec quelques variantes pour la production de masse personnalisée. En France, la groupe Allio vient de créer une filiale, la société de services AGTX, qui s'est équipée de cette machine pour adresser le marché de la production rapide de composants, mais aussi pour proposer des services de fabrication rapide de prototypes de grande taille. Dans le domaine de la fabrication directe métallique, les fabricants de machines font des efforts importants pour s'adresser aux fabricants d'outillages, et dans ce domaine on s'intéresse désormais à la fabrication d'outillages pour la production de grandes séries. Les technologies qui offrent les meilleurs résultats reposent sur les technologies de fusion de poudres métalliques par laser ou par faisceau d'électrons. On entend par " meilleurs résultats " le fait que les technologies permettent de fabriquer des pièces denses, c'est-à-dire non poreuses comme le proposent jusqu'à présent les technologies d'agglomération de poudre métallique vendues par EOS et 3D Systems (frittage laser) ou ProMetal (impression 3D métallique). Mais les machines ne sont pas encore vraiment au point et ce sont surtout les matériaux qui font encore défaut. Le degré de précision a fortement évolué, même s'il reste nécessaire de recourir à l'usinage pour la finition, mais de moins en moins. Sur ce créneau, on peut saluer l'arrivée de la machine Realizer de MCP qui permet de fabriquer des pièces ou des outillages, notamment en inox ce qui représente un atout pour la fabrication directe de prothèses et d'appareillages pour le médical. Notons que la société de services MMB (Modèles et Maquettes de la Bresle) est la première société à s'être équipée de la machine Realizer et elle a présenté ses premiers travaux lors des AEPR. Sachez qu'en France, le CLFA (Centre Laser Franco-Allemand) est également équipé d'une machine de fabrication directe métallique par fusion laser (procédé similaire à celui de MCP), une machine française d'ailleurs puisqu'il s'agit de la première machine opérationnelle de la société Phenix Systems. EOS annonce également le lancement prochain d'une machine de fabrication par fusion laser qui permettra de fabriquer des pièces métalliques denses alors que sa technologie actuelle de frittage laser fabrique des pièces poreuses (à 40%). Selon Bruno Le Razer du Pôle Européen de Plasturgie, qui suit de près l'évolution des technologies de fabrication directe métallique, cette machine devrait encore élever le degré de précision et de finition des pièces obtenues par fabrication additive métallique. Pour la fonderie rapide, ProMetal a présenté une nouvelle machine pour l'impression 3D de moules ou de noyaux pour la fonderie sable. Cette machine vient compléter son offre d'impression 3D métallique de pièces ou d'outillages pouvant atteindre la taille de 1500x750x700 mm comme l'a présenté Thierry Dormal du CRIF (Belgique). La R10 installée au CRIF début 2004 a une capacité de fabrication de 1000x500x250 mm avec une vitesse actuelle de plus de 1000 cm3 /heure mais avec des couches de 120 microns et la nécessité d'un post traitement thermique pour éliminer le liant et infiltrer les porosités avec du bronze ou effectuer un frittage complet à 100 %. L'aspect de surface assez grossier (similaire à un brut de fonderie) doit être fini par usinage ou polissage en fonction de l'application. Dans le domaine du prototype de validation de conceptions et d'aspect, Z Corporation a présenté ce que doit être l'imprimante 3D idéale selon une étude menée auprès de ses clients et d'utilisateurs de CAO. Les résultats de cette enquête lui servent de guide pour les développements futurs de ses produits. Au rang des fournisseurs, on regrettera l'absence de deux grands acteurs du marché du PR, 3D Systems et Stratasys, qui ne sont pas venus s'exprimer sur leurs avancées technologiques, mais peut être ne se sentaient ils pas concernés par les thèmes retenus pour cette 10ème édition, à savoir essentiellement la fabrication rapide (de pièces et d'outillages) et les applications du PR dans le domaine du médical. Au moins aurons nous appris que ces marchés ne les concernent ou ne les intéressent pas, tout du moins en France.
"La fabrication de modèles basés sur des données prises sur le patient est une application évidente du Prototypage Rapide. Mais bien que beaucoup de médecins et chirurgiens aient employé cette technologie avec succès, sa pratique n'est pas encore normalisée en termes de diagnostic ou d'intégration avec des procédures médicales. Cela est lié à la complexité, au coût, à la vitesse et à d'autres critères d'exécution," a déclaré le Prof. Ian Gibson de l'Université de Hong Kong qui a ouvert cette session dédiée au PR dans le secteur médical. Puis il a présenté plusieurs exemples pour illustrer la diversité des tâches dans lesquelles le PR présente des avantages pour la communauté médicale.
Sur ce sujet, l'Afrique du Sud est venue en force pour présenter son savoir-faire. Quatre membres de l'équipe du Prof. Deon de Beer de la Central University of Technology sont venus partager leurs expériences dans le domaine du PR appliqué au secteur médical. Ils ont présenté plusieurs travaux réalisés avec des chirurgiens pour le développement et la fabrication rapide d'appareillages médicaux. Les méthodes utilisées ont été décrites de manière détaillée : présentation complète du processus de développement mis en oeuvre, de la stratégie de choix des technologies, des résultats obtenus, des difficultés rencontrées et des potentiels identifiés. "Bien que ne disposant pas du levier industriel dont nous disposons en Europe, ils nous ont montré qu'ils savent recourir aux technologies nouvelles pour proposer à leurs entreprises des techniques innovantes de développement et de fabrication rapide de nouveaux produits," précise Georges Taillandier, président de l'AFPR. "Les exemples présentés démontrent leur bon niveau de connaissance en développement rapide de produit, mais les procédés de fabrication pourraient être améliorés avec l'appui de filières métiers comme la fonderie." L'INSA de Lyon (France) a présenté un exemple d'application du prototypage rapide en chirurgie maxillo-faciale et crânienne, décrivant Le processus complet de la phase de scanner du crâne du patient à l'obtention du modèle osseux en prototypage rapide. "L'obtention en prototypage rapide d'une copie conforme du modèle osseux d'un patient permet aux équipes chirurgicales de répéter ou d'essayer plusieurs gestes opératoires très complexes. Il permet également la planification au mieux des ostéotomies," a expliqué Manuel Kuhn, responsable de l'activité prototypage rapide au département GMC de l'INSA de Lyon. Avec une approche similaire, la Faculté de Chirurgie Dentaire et l'ENSIC (France) ont démontré l'intérêt du PR appliqué à l'anthropologie. L'exemple présenté concernait la reconstruction tridimensionnelle d'un crâne sec à partir de coupes tomodensitométriques. L'univestité Catholique de Liévin a présenté des travaux de recherches sur la réalisation de structures d'armatures de prothèses dentaires par frittage de poudre. Les structures de soutien des dents sont souvent faites à partir du titane car ce matériau léger combine de bonnes propriétés mécaniques et biocompatibles. Les méthodes conventionnelles par fonderie à cire perdue ou par usinage sont très longues et nécessitent un gros travail de finition manuel pour réaliser les détails minuscules de l'implant. Plusieurs armatures ont été réalisées par frittage de poudre d'acier inoxydable puis installées sur une impression de plâtre pour étudier les possibilités de duplication et la précision. Des essais pour fondre de la poudre de titane pure au moyen de la fusion sélective par laser ont également été présentés.
L'ENSIC (France) a
présenté des travaux de micro-fabrication directe métallique
à partir du procédé de stéréolithographie.
A notre connaissance c'est une première mondiale car tous les autres
procédés de fabrication métallique recourant à
la stéréolithographie consistent en un procédé
indirect où un moule en résine est produit pour former la
pièce en métal. Le procédé et le matériau
développés permettent de réaliser des prototypes
ou des petites séries de micro-composants en aluminium. Dans le
cadre d'une application pour le nucléaire, l'ENSIC a également
démontré la faisabilité d'un catalyseur monolithique
par stéréolithographie en vue de son utilisation pour la
destruction photocatalytique de composés organiques volatiles (COVs).
Toujours sur la base du procédé par stéréolithographie, l'Institut de Polymères et Composites de l'Université du Minho (Portugal) et l'Université de Campinas (Brésil) ont présenté des travaux communs de recherches sur les changements physiques et chimiques se produisant dans le matériau dû à l'irradiation ; L'objectif étant de comprendre le processus opérant afin d'améliorer la précision et la qualité des modèles et de développer des systèmes polymères bien-adaptés. Ils ont également présenté une technique baptisée " Stéréo-thermique-lithographie " qui emploie simultanément le rayonnement ultraviolet et infrarouge. Cela leur a permis développer des nouveaux matériaux (céramique, cristaux et hydrogels liquides de polymère) pour de nouvelles applications comme lafabrication de composants électroniques ou l'ingénierie de tissus. L'Institut
Fraunhofer (Allemagne) a mis au point un procédé de modelage
multi-matériaux de prototypes, basé sur le dépôt
de matériaux en fusion. Un double système d'extrusion a
été prototypé. Le système se compose de deux
extrudeuses identiques disposant chacune de son propre système
de commande. Cela a permis d'employer simultanément deux matériaux
différents pour la fabrication couche par couche d'un prototype.
Des résultats probants de fabrication de prototypes fonctionnels
en multi-matériaux thermoplastiques ont été présentés.
L'INSA
de Lyon (France) a présenté les résultats d'une étude
dont l'objectif a consisté à définir un guide
de choix comparatif multicritères des différentes "chaînes"
d'obtention de pièces prototypes virtuelles et réelles.
Cette étude repose principalement sur l'utilisation de deux pièces
tests pour les machines de PR et de numérisation. Parmi les applications
du PR à des domaines moins courants que l'industrie et le médical,
Stewart Dickson du Laboratoire National d'Oak Ridge (USA), a présenté
une application originale de création et d'impression en 3D de
légendes tactiles pour les non voyants. Ces travaux ont
permis de définir des techniques pour composer un texte en braille
en utilisant le logiciel DotsPlus avec une CAO 3D et un système
de prototypage rapide. Steward Dickson qui est également artiste
sculpteur, a présenté des sculptures numériques
réalisées à partir de la représentation 3D
de formules mathématiques.
D'ores et déjà,
l'AFPR vous invite aux prochaines Assises Européennes du Prototypage
Rapide qui se dérouleront à Paris en octobre 2005. Sylvestre Nunès [1]
Créée en 1992, L'AFPR (Association Française
de Prototypage Rapide) est une association de loi 1901 qui réunit
la plupart des acteurs du secteur du Prototypage Rapide, de l'Outillage
Rapide et de la Fabrication Rapide présents en France et dans les
pays francophones voisins (Belgique et Suisse). Ses principaux objectifs
sont de fournir un espace d'échanges entre les partenaires du prototypage
rapide, de répondre à des besoins multisectoriels, de favoriser
la formation et le transfert de technologie, de soutenir les projets innovants,
de rassembler, capitaliser puis diffuser l’information la plus objective
et la plus complète, et de resserrer les liens nationaux et internationaux. [2]
L'AFIM (Association Française du Moule, Modèle et
Maquette) regroupe les fabricants français de Moules, Modèles
et Maquettes. Elle a pour missions essentielles de Rassembler les entreprises
de la profession, défendre les intérêts professionnels,
conseiller les dirigeants, promouvoir la profession et informer. A la
fois porte parole et prestataire, catalyseur et point d'appui, elle intervient
au bénéfice des entreprises à travers un ensemble
cohérent de compétences spécialisées et de
moyens. Elle
est l'interlocuteur naturel des instances gouvernementales et privées
qui lui reconnaissent un rôle de médiateur très spécialisé.
L'AFIM est dépositaire des "us et coutumes" de la profession.
[3]
La GARPA (Global Alliance of Rapid Prototyping Associations) a
été créée en 1998 pour favoriser le partage
d'information sur le Prototypage Rapide et les sujets connexes au niveau
international. La plupart des associations réparties à travers
le monde sont membre de la GARPA, dont l'AFPR pour la France. [4]
La société AOD édite depuis 1999 le portail Art-Of-Design
dédié au développement rapide et collaboratif de
produit. Le site www.art-of-design.com
offre un centre d'information qualifié pour répondre aux
attentes de veille techno-économique et un guide pour la recherche
de solutions et de ressources d'ingénierie de développement
et de fabrication rapide. Depuis 2000, AOD anime le site de communauté
www.RP2community.com
dédié aux technologies, procédés et savoir-faire
dans le domaine du prototypage et de la fabrication rapides, coédité
avec l'AFPR. Liens : Site internet des Assises Européennes du Prototypage Rapide : www.afpr.asso.fr/aepr
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Accès au contenu de cet article par mots clés Les tendances constatées
Evolution de l'offre commerciale
Le Médical et l'Afrique du Sud à l'honneur
Du côté de la recherche
Mais aussi …
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