Ecole Nationale Polytechnique Département Génie Industriel CAO et Prototypage Rapide

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1 Ecole Nationale Polytechnique Département Génie Industriel CAO et Prototypage Rapide TP 3 CAOPR Projet de strato-conception Conception d'une pièce avec un logiciel de CFAO, suivi de sa réalisation en prototypage rapide. Présentation du TP La méthodologie de conception d un nouveau produit impose la réalisation d un prototype dans la phase de développement, pour vérifier si les fonctionnalités du cahier des charges sont respectées. Le prototypage par Stratoconception apporte une réponse fiable et rapide à cette nécessité de vérification. Le but de ce TP est de mener à bien un projet, de conception d'une pièce, suivi de sa réalisation en prototypage rapide pour validation de forme et d aspect. Ce passage du modèle virtuel au prototype physique et réel, même pour un projet simple sera l occasion pour la mise en œuvre des connaissances acquises et l approfondissent de la culture technique nécessaire au développement de produits dans une approche d'innovation. Pour en savoir plus : La stratoconception La STRATOCONCEPTION est un procédé de prototypage rapide, breveté par le CIRTES, qui repose sur le principe de base de stratification de matériaux. Le procédé consiste à découper la pièce en un ensemble de couches élémentaires simples appelées "STRATES". Les différentes pièces élémentaires sont ensuite assemblées par collage, fusion, inserts, pour reconstituer l'objet final. Les STRATES" sont fabriquées à partir de matériaux en plaques minces : bois, plastique, métal (acier, aluminium) et d une manière générale, tous les matériaux disponibles sous forme de film ou de plaques. La découpe ne nécessite pas forcement de machine spécifique (découpe laser ou jet d eau, fraisage ). Les pièces obtenues ont une bonne précision et une fragilité limitée. Le concept de prototypage rapide est intégré à la CFAO grâce au développement d une interface numérique (le logiciel Stratoconcept) qui s adapte à des équipements traditionnels ou à commande numérique. Afin d économiser la matière, le logiciel optimise le positionnement des strates sur la plaque à découper. Ce procédé permet la réalisation de pièce et de prototypes mécaniques sans limite de dimension: les petites pièces dépendent seulement de la précision de la machine (impossibilité d'usiner en deçà de cette valeur) et les grandes pièces peuvent être découpées en plus petites pièces puis assemblées après usinage. Département Génie Industriel / 2 Année TP3 : CAO et Prototypage Rapide Page 1

2 Les étapes de la stratoconception : Etape1 Conception en CAO et génération du modèle numérique 3D (Format STL), Etape 2 Traitement du modèle STL : Correction, modification, transformation, simplification, enrichissement, maillage, etc Etape 3 Etape 4 Etape 5 Etape 6 Etape 7 Etape 8 Etape 9 Etape 10 Choix du plan de stratification, du pas, du profil des strates et du rapport d échelle, Détection automatique des dépouilles et de la précision, visualisation, mise en place des inserts, Stratification, visualisation des strates, visualisation du type de dépouille par strate, Choix des dimensions des plaques de brut, répartition des strates sur les plaques de brut en fonction du pas et du profil des strates, Choix de l outil et génération de ses parcours, Fabrication des strates (Usinage par Stratoconception), Assemblage des strates (insert, pontets, imbrication), Parachèvement : polissage final, vernis, peinture etc. Note : L'assemblage est une opération manuelle en Stratoconception, les tranches obtenues suite à l'usinage sont assemblées sur des inserts et collées. Après quelques retouches soigneusement faites (polissage final, vernis, peinture.) afin d éliminer certains petits défauts de forme dus à la stratification, on obtient le prototype final du modèle. Département Génie Industriel / 2 Année TP3 : CAO et Prototypage Rapide Page 2

3 Présentation de la machine de prototypage rapide Le laboratoire possède une machine de prototypage rapide, acquise dans le cadre du projet tempus C est une fraiseuse 3D à commande numérique (CharlyRobot) Caractéristiques : Courses XYZ : x x mm. Interpolation 3 axes, Changement d'outil et prise d'origine aisés et fiables, grâce au capteur d'outil. Communication: RS232C Rigidité de la structure, Design innovant. Utilisation conviviale et sécurisée : Capotage intégral avec vision à 180, très lumineux, Arrêt d'urgence type "coup de poing". Détection d'ouverture du capot, Verrouillage électromagnétique du capot, asservi à la broche. La machine est le produit de référence pour l'apprentissage de l'usinage numérique en milieu pédagogique. Le module pilotage de la MOCN L usinage par stratoconception se fait par le logiciel Stratoconcept associé au module de pilotage de la machine GPilote. GPilote a pour fonction principale de récupérer les fichiers d usinage générés dans le module de FAO (stratoconception ou autres) et de les envoyer à la machine via la commande numérique (port série RS232). Avant de lancer un usinage en mode automatique, il est indispensable d'effectuer les opérations de paramétrage. Département Génie Industriel / 2 Année TP3 : CAO et Prototypage Rapide Page 3

4 .(1) Point Origine ISO, (2) Point Origine Machine (POM), (3) Point Origine Pièce (POP) Paramétrage du capteur d'outil. Le paramétrage du capteur consiste à faire 2 mesures: (1) Une mesure sur le capteur (b) pour prendre en mémoire la position du capteur, généralement placé soit sous le point d'origine machine (POM), soit dans l'angle supérieur droit du plateau martyr "surfacé". (2) Une mesure sur le plateau martyr (c) pour prendre en mémoire la position du "Point Zéro Pièce" de l'axe Z : POPZ, Seulement l axe Z, surtout pas le POP sur tous les axes".), Le point d'origine pièce POPZ permet de renseigner le logiciel sur la différence de niveau entre le contact du capteur d'outil et l origine pièce. Pour un positionnement parfait : - Fixer un morceau de ruban adhésif double face sur le plateau martyr, - A l'aide des touches de déplacement, positionner l'outil au dessus du morceau de double face, - Descendre jusqu'à venir effleurer le ruban adhésif double face. Utiliser les modes de déplacements continus, puis incrémentaux, afin d'effectuer cette opération le plus précisément possible. - Une fois que l'outil marque le ruban adhésif double face sans le traverser, la position est atteinte. Paramètres d usinage Pour chaque pièce usinée, on doit prévoir : (1) Le meilleur plan de strate : (2) La position des inserts ; (3) Les paramètres de coupe ; (4) L origine pièce ; (5) Le choix de l outil. (6) La nécessité ou non d un retournement (dépouille et contredépouille) : Le choix du tranchage effectué en amont peut aboutir à des strates ayant des surfaces inaccessibles sans l orientation de la tête de la machine : Département Génie Industriel / 2 Année TP3 : CAO et Prototypage Rapide Page 4

5 Etude de Cas Exemple 1 : Exemple 2 : Projet detp Une conception, c'est d'abord une idée qui germe et qui va donner naissance à un objet technique dont les fonctions répondent aux besoins de l'utilisateur. On réfléchit à tout cela, quelques croquis sont tracés et très vite, on réalise une maquette numérique en 3D avec le logiciel CAO pour pouvoir la produire avec la machine à commande numérique disponible au laboratoire. Travail demandé : Proposition d'un concept de produit validé sous forme de maquette numérique et/ou de prototype. Avant de lancer la fabrication du prototype, le dossier doit contenir : Le bilan des recherches (Normes, marché, ) ; Une analyse fonctionnelle et un cahier des charges ; Un plan d ensemble et des dessins de définition cotés fonctionnellement; L élaboration des programmes de FAO pour l usinage du produit sera menée sous le contrôle et avec l assistance des enseignants responsables des TP. Département Génie Industriel / 2 Année TP3 : CAO et Prototypage Rapide Page 5