Développez votre boîtier électronique Design Industriel et intégration de l électronique : La stratégie gagnante!

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1 Centre Européen de Prototypage Rapide Développez votre boîtier électronique Design Industriel et intégration de l électronique : La stratégie gagnante! Labège le 04/03/2009

2 Centre Européen de Prototypage Rapide PLAN DE L EXPOSE 1. Présentation rapide du CIRTES. 2. Les procédés de prototypage rapide. 3. Le procédé de stratoconception. 4. Quelques réalisations (art, mécanique, ). 5. Apport du procédé de stratoconception : outillages intelligents. 6. La numérisation de formes. 7. Application dédiée à l emballage : strat Emball.

3 Centre Européen de Prototypage Rapide Antenne CIRTES Carmaux 53 bis, avenue Bouloc Torcatis Carmaux Tél : Fax : cirtes-carmaux@cirtes.fr Société de Contractuelle CIRTES SRC Siège social 29 bis, rue d Hellieule Saint-Dié-des-Vosges Tél : Fax :

4 Les métiers du CIRTES Le propose ses compétences pour le développement des procédés en : et Développement Transfert de Technologie

5 Les métiers du CIRTES et Développement Surveillance de l usinage Le CIRTES développe ses activités de R&D selon deux axes Prototypage Rapide Outillage Rapide Sonde de température VB Vers traitement Plaquette carbure Croquis anamorphosé La Stratoconception

6 Le Prototypage Rapide Typologie des procédés de prototypage Rapide en fonction de l état initial du matériau Liquide/S Solide/S Poudre/S Polymérisation de résine point par point par laser Stéréolithographie 3D Systems (USA) Optoform (France) CMET (Japon) D-MEC (Japon) Teijin Seiki (Japon) Fockele & Schwarze (Allemagne) Flashage de couches de résine entières par lampe UV Solid Ground Curing Cubital (Israël) achat Feuilles - plaques Filaments Grains Particules Découpe et laminage Laminated Object Manufacturing (LOM) Imprimantes 3D Helisys (USA) Stratoconception CIRTES (France) Dépôt de fil fondu Fused Deposing Modeling (FDM) Stratasys (USA) Optomec Projection de liant, d encre ou de cire 3D Printing Model Maker Z-Corp (USA) Quadra. Object Géométries Genisys. Stratasys Frittage laser de poudre Selective Laser Sintering (SLS) DTM (USA) 3D Systems (USA) Eosint EOS (Allemagne) D S P C Solingen (USA) Electron Beam Melting (EBM) ARCAM Solidscape (USA) MJM Thermojet de 3D Systems (USA) achat

7 Le Prototypage Rapide La Stéréolithographie Procédé qui consiste à polymériser localement une résine photosensible à l aide d une source lumineuse Cette méthode utilise une source lumineuse de type laser (héliumcadmium, HeCd et argon ionisés,ar+) que l on dirige dans le plan XY grâce à deux miroirs galvanométriques. Les matières transformées sont des résines acrylates et époxydes photosensibles Les principaux procédés industrialisés Fusion de la couche de résine Résine liquide Plateforme de fabrication Miroirs galvanométriques Raclette Laser - Afin de rigidifier l objet lors de sa fabrication, il est nécessaire d ajouter des supports à la pièce. Un traitement de postpolymérisation est nécessaire et nécessite un four UV. Liquide/S

8 Le Prototypage Rapide Le dépôt de filament Procédé développé par la société Stratasys qui consiste à déposer un cordon de matériau thermofusible. Un fil de matériau thermofusible circule à l intérieur d une buse chauffante afin de le liquéfier. La tête est pilotée suivant les axes x et y. Le cordon déposé se solidifie dès le contact avec la couche précédente pour créer l objet section par section. Les principaux procédés industrialisés supports Plateau intermédiare Tête chauffante Rouleau matériaux support Rouleau matériau construction Tête d extrusion Afin de rigidifier l objet lors de sa fabrication, il est nécessaire d utiliser des supports. Plateforme de fabrication Solide/S

9 Le Prototypage Rapide LOM Les principaux procédés industrialisés Procédé LOM (Laminated Object Manufacturing ) développé par la société Helisys qui consiste à découper par l intermédiaire d un laser CO 2 les différentes sections d un objet que l on veut créer, dans une fine couche de papier thermocollable (couche polyester). Les différentes couches sont empilées et sont assemblées par fusion du polyester. Le laser découpe le contour de la pièce et les bords de la feuille pour former un bloc, il hachure également les zones extérieures pour faciliter l extraction des pièces. - l extraction des parties creuses limite les formes géométriques. Section de la pièce et chutes Positionnement optique Laser Feuille de matière Rouleau sortie Plateforme Bloc pièce Rouleau compacteur Rouleau d alimentation Solide/S

10 Le Prototypage Rapide Les principaux procédés industrialisés Fusion laser de poudre Procédé qui consiste à réaliser la fusion locale d un matériau présenté sous forme de poudre en le faisant fondre sous l action d un laser de forte puissance. Le laser est dirigé par deux miroirs galvano-métriques sur la zone à solidifier. Ainsi, l objet se crée section par section. L enceinte est sous azote, elle est thermostatée en fonction du matériau Rouleau compacteur Bac d alimentation de poudres Piston de fabrication Miroirs galvanométriques Laser Bac de récupération de poudres Poudre/S

11 Le Prototypage Rapide Typologie des procédés utilisant des poudres métalliques Poudre/S 3D Printing Prométal (Métal) Soligen (céramique) Système d étalement de la poudre métallique Lampe de séchage du liant Tête d impression destinée à déposer le liant -Prométal -Machine de grande taille -1500*750*750 mm 3 - Rapidité de fabrication cm 3 / heures - Déliantage après fabrication Réserve de poudre métallique Piston de fabrication

12 Le Prototypage Rapide Typologie des procédés utilisant des poudres métalliques Poudre/S Fusion selective de poudres par laser Selective Laser Sintering (SLS)) 3D Systems (USA) - Poudres propriétaires - Post-traitement en four Selective laser melting Phenix (France) Trumph (Allemagne) MCP-HEK (Allemagne) Eosint and DMLS EOS (Allemagne) 3dsystems.com - Poudres propriétaires Direct metal 20 (bronze) Direct steel 20 (acier) Direct steel H20 (acier à outils) Utilisation des poudres du commerce telles que : H13 Ti Inox Avec 98% de densité Attention il faut maîtriser les paramètres de la poudre et de la machine eos-gmbh.de Phenix-systems.com trumph.de

13 Le Prototypage Rapide Typologie des procédés utilisant des poudres métalliques Poudre/S Autres Electron Beam Melting (EBM) ARCAM Fusion localisée de poudres LENS Optomec (usa) Powder feeder Laser YAG Laser-powder interaction zone Direct metal Deposition POM group (USA) Arcam EBM S-12 Laser additive manufacturing Aeromet s (usa)

14 04/03/2009 Le Prototypage Rapide Les principaux procédés industrialisés Imprimantes 3D Principe général Principe imprimante jet d encre classique Dépôt de matière par couches Tête d impression mobile selon X et Y Supports de maintien de pièce Plateau mobile selon Z

15 Procédé de Stratoconception! Procédé de Stratoconception! breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES/ESSTIN/UHP Nancy 1 - France

16 Le Prototypage Rapide Visualisation du STL Tranchage Stratification Parcours d outils Procédé de Stratoconception! breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France

17 Domaines d activité Domaines d activités Automobile Aéronautique Architecture Electronique Electroménager Emballage Flaconnage Verrerie Cristallerie Médical Sanitaire Mobilier Sculpture Chaussure... Secteurs procédés Fonderie Plasturgie Mise en forme...

18 Quelques réalisations Quelques réalisations (

19 Quelques réalisations Pièces prototypes (domaine de l art)

20 Quelques réalisations CNES Géoïde Procédé de Stratoconception!

21 Quelques réalisations Domaine de l art Procédé de Stratoconception! Cristallerie de Baccarat Procédé de Stratoconception! breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France

22 Quelques réalisations Domaine de l art Procédé de Stratoconception! Cristalleries de Baccarat Prototypes de validation de forme et pièces en cristal

23 Quelques réalisations Domaine de l art Procédé de Stratoconception! Montage et finition de l œuvre Montage En cours de finition Œuvre finie

24 Notre dame du Saint Cordon (Lourdes)

25 Quelques réalisations Domaine de l art Procédé de Stratoconception! CERDA Stan Art

26 Quelques réalisations Dimensions : L 1630, l 965, H 1090 Matière : Polystyrène expansé Pas de stratification : 1,5 mm

27 Quelques réalisations Dimensions : H 2500 Matière : Polystyrène expansé Pas de stratification : 1,5 mm

28 Œuvre d art

29 Quelques réalisations Pièces prototypes (pièces mécaniques)

30 Quelques réalisations Modèle de lavabo Sté Porcher (Médium) Procédé de Stratoconception!

31 Domaine automobile Résine Procédé de Stratoconception! PSA Médium PSA EMAC Renacor Automobiles

32 Domaine automobile Procédé de Stratoconception! PSA Contrat CIRTES-PSA (Peugeot Echelle 1/3)

33 Domaine automobile Balayeuse de voirie Procédé de Stratoconception! Mathieu YNO

34 04/03/2009 Outillages rapides (exemples)

35 Les applications de l OR par Stratoconception Les applications de l OR par Stratoconception Mise en forme des métaux Mise en forme des polymères Mise en forme autres matériaux Fonderie Moussage Coulée Béton Formage de tôles Thermoformage Cristallerie Moulage contact Rotomoulage Soufflage Injection PMP Injection plastique

36 Applications en Outillage Rapide : le moulage au contact Procédé de Stratoconception! CAO Buffalo - Mathieu-Yno Société PSV Outillage série de moulage contact Modèle de moulage contact par Stratoconception Médium Pièce avant peinture

37 Aéronautique Procédé de Stratoconception! Cabine d avion Simulateur de vol JTT Composites

38 Aéronautique Procédé de Stratoconception! Cabine d avion Simulateur de vol JTT Composites

39 04/03/2009 Outillage «toit coulissant de bateau composite».

40 Outillage de capot composite

41 Outillage en médium (turbine à eau)

42 Quelques réalisations Dimensions : 2605 x 1250 x 1000 Matière : Polystyrène expansé (30 kg/m 3 ) Pas de stratification : 2 mm

43 Application à la mise en forme des composites Réalisation du moule et des pièces en composites Sources Strat YM (88) / PSV (88) / Pellenc (13)

44 Procédé de Stratoconception Outillages intelligents

45 Outillages de soufflage Procédé de Stratoconception! Moule d extrusion-soufflage (Aluminium) Développé en liaison avec le PEP Contrat CIRTES / Perrier Vittel - Outillages de soufflage par Stratoconception

46 04/03/2009 Le Prototypage Rapide Concept d outillage rapide Exemple industriel : Outillage rapide - Plasturgie, Moulage Par le procédé de Stratoconception Outillage de soufflage

47 Technologie des nappes de régulation Procédé de Stratoconception! Couche Nappe de régulation Ailettes Partie moulante Les canaux de régulation doivent former une «nappe d eau» en conformité géométrique avec la surface de la pièce. La distance séparant la nappe de régulation et la surface moulante varie suivant la zone à refroidir et suivant le type de refroidissement choisi.

48 Outillage rapide : injection plastique Par le procédé de Stratoconception strate nappe de régulation ailettes surface moulante Soufflage

49 04/03/2009 Le Prototypage Rapide Concept d outillage rapide Exemple industriel : Outillage rapide Injection plastique Par le procédé de Stratoconception Découpe laser des strates et des canaux de refroidissement Micro fraisage et brasage Outil en sortie de four

50 04/03/2009 Applications en Outillage Rapide : l extrusion soufflage Procédé de Stratoconception! PCA Outil prototype d extrusion soufflage (2003)

51 Applications en Outillage Rapide : l injection polystyrène Outillage Rapide pour la fonderie réalisé par Stratoconception Alu Procédé de Stratoconception! PSA / CATOIRE SEMI / ERAD Plus de pièces produites avec l outillage de pré-série Contrat de CIRTES / PSA Moule métallique pour la fonderie par Stratoconception Procédé de Stratoconception! breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- Saint-Dié-des-Vosges - France

52 Application à l injection de polystyrène Procédé de Stratoconception! Intégration de passage vapeur à l inter-strate

53 Travaux de recherche Procédé de Stratoconception! Réalisation des empreintes par le procédé de Stratoconception

54 Etude de cas Réalisation d une turbine fonctionnelle Client : Entreprise dans le domaine du transport. Besoin : Réaliser une pièce prototype capable de subir les tests mécaniques. Matière : Aluminium Dimensions : Diamètre 650 mm hauteur 75 mm Etude de cas réalisée dans le cadre du projet Interreg III Strat ORA SIRRIS / CIRTES / CREACTION International / CCI du Luxembourg

55 Etude de cas Utilisation de strates de multi épaisseurs Liaison des strates par emboîture verticale décalée Création d une poche pour la colle Réalisation d une turbine fonctionnelle Etude de cas réalisée dans le cadre du projet Interreg Strat ORA SIRRIS / CIRTES / CREACTION International / CCI du Luxembourg

56 Etude de cas Temps de fabrication : 4 jours Coût : 2000 Réalisation d une turbine fonctionnelle

57 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC MEA Industries Producteur et Transformateur de composites t/an de pré-imprégné 19 presses de 500 à 1250 t MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

58 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Besoins initiaux de l entreprise : Diversifier les produits moulés Intégrer une démarche de développement de nouveaux produits en SMC Intégrer une démarche de prototypage bonne matière Explorer les solutions d outillages aluminium Réduire le délai d obtention de la première pièce MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

59 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Le principe du moulage SMC MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

60 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Exploration des techniques d outillage rapide en aluminium Application sur le développement d un plateau de service Simplifier la réalisation de l outil prototype par rapport à l outil série Soutien de ALCAN Photo d un ½ outil de compression série MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

61 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Les fonctionnalités de l outil SMC prototype : Tenue aux efforts de compression et de fermeture Intégration du système de chauffage pour la cuisson de la matière Positionnement relatif des deux empreintes Réduction des temps de fabrication MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

62 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Réalisation du moule Imbrication des strates Intégration des circuits de chauffage Collage des strates MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

63 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Photo de l outillage prêt à être utilisé MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

64 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Résultats : 400 plateaux réalisés avec l outillage Utilisation du moule dans les même conditions qu un moule conventionnel Pas de constat d abrasion de la surface moulante Coût de l outil : MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

65 Réalisation d un outil de mise en forme des composites SMC Poursuite des travaux : Dans le cadre du pôle MIPI Travail sur le traitement de la surface Instrumentation des outils Simulation thermomécanique des outils MEA Industries SARL Saint Dié Tel :

66 Procédé de Stratoconception La numérisation de formes

67 Numérisation laser 3D Numérisation laser 3D Minolta VI-9i

68 Application de la numérisation 3D Génération d un fichier STL Duplication du modèle initial par les technique de Prototypage Rapide Procédé de Stratoconception! Reproduction du buste de Jules Ferry

69 Travaux de reproduction Procédé de Stratoconception! Original Reproduction en médium Copie en bronze par coulée en cire perdue Contre-moulage silicone d après la reproduction en médium

70 Rencontres technologiques INVITATION Le 31 mars 2009 au lycée Rascol d Albi à partir de 13h30 «La numérisation des formes, du réel au support numérique 3D : La rétro conception».

71 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage Strat Emball est une application dédiée à l emballage et au conditionnement du procédé de prototypage rapide par Stratoconception Strat Emball brevet et marque déposés : Claude Barlier CIRTES - France

72 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage PRINCIPE 1. Objet à emballer Le procédé Strat Emball s applique à tous types de pièce. Ce procédé est particulièrement adapté pour l emballage et le conditionnement de produits à forte valeur ajoutée, uniques ou fabriqués en petite quantité comme par exemple dans les secteurs de l automobile, de l aéronautique, du médical, de l art, de la cristallerie,

73 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage PRINCIPE 2. Définition numérique de l objet La DFN peut être obtenue par numérisation 3D, ou bien, dans le cas où l objet a été conçu en CAO, cette DFN est directement utilisable.

74 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage PRINCIPE 3. Importation de la DFN dans l applicatif Strat Emball La DFN précédemment obtenu est importé dans l applicatif Strat Emball via le format d échange standard STL. A partir de ce modèle, l application crée automatiquement la contre-forme destinée à caler l objet.

75 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage PRINCIPE 4. Choix du sens de l empilement du matériau et de son épaisseur Le calage est réalisé par empilement de couches de matériau (polystyrène, carton, ou tout autre matériau recyclable en plaque à base de fibre naturelle). Le logiciel propose de choisir le matériau adapté ainsi que le sens de l empilage qui permettra un calage optimum de la pièce.

76 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage PRINCIPE 5. Choix du procédé de découpe La découpe du matériau de base du calage peut être réalisé par laser, jet d eau, cutter, fil chaud ou même encore par microfraisage rapide. A partir de cette information, le logiciel calcul automatiquement les trajectoires des parcours de découpe et délivre le code pour la commande de la machine.

77 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage PRINCIPE 6. Découpe du matériau en plaque Dans ce cas l emballage a été réalisé à partir de couches de carton alvéolé découpées à l aide du portique laser rapide de la plate-forme du CIRTES.

78 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage PRINCIPE 6. Assemblage des couches et obtention du calage Lors de la découpe, chacune des couches est gravé d un numéro permettant l assemblage simple du calage. La mise en position de chacune de ces couche est réalisée directement par son conditionnement extérieur (boîte américaine)

79 STRAT EMBALL Procédé de Fabrication Rapide et Directe d Emballage BILAN Grâce à l application Strat Emball, il n est pas nécessaire de concevoir et de fabriquer un outillage coûteux pour la fabrication de l emballage comme il en est question pour tout emballage en polystyrène injecté. Ceci confère au procédé une grande flexibilité qui lui permet de répondre à la problématique de l emballage du produit à faible coût et avec une réactivité exceptionnelle. A titre indicatif, seulement quelques minutes sont nécessaires pour réaliser l emballage à partir des définitions numériques existantes.

80 Distinction du projet EcoBallage-Strat Emball! Distinction nationale : A l occasion de la 9 éme édition des Masters de la Création d Entreprise, les 500 lauréats, «meilleurs créateurs» de l année ont été accueillis dans l hémicycle du Sénat pour une séance de «questions orales» au gouvernement présidée par Christian Poncelet, Président du Sénat avec Renaud DUTREIL, Ministre des PME, du Commerce, de l Artisanat et des Professions Libérales. Par mis les 500 Lauréats, 10 ont été retenus pour présenter leur projet et dialoguer avec le gouvernement lors de la séance de questions orales : Le Projet EcoBallage-Strat Emball est l un des dix à avoir été retenu et présenté!! Quelques photos : Le Projet Strat Emball présenté au gouvernement!

81 Centre Européen de Prototypage Rapide Je vous remercie de votre attention. Pour plus d information, n hésitez pas à nous contacter : 53 bis, avenue Bouloc Torcatis Carmaux Tél. : Mobile : Fax. : Courriel : jerome.massol@cirtes.fr