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PBF

février 16, 2023 by Newsdesk

Pour l’industrie médicale qui souhaite fabriquer des implants chirurgicaux par impression 3D de métal, de nombreux critères sont à prendre en compte : qualité, sécurité, productivité et traçabilité. Lisez ce blog pour en savoir plus sur l’utilisation de l’AM dans l’industrie médicale.

Qualité, sécurité, productivité, traçabilité… Pour les industriels du médical qui souhaitent fabriquer des implants chirurgicaux par impression 3D métallique, les critères de choix sont nombreux. Dans ce domaine, la machine FormUp® 350 d’AddUp a de nombreux atouts à faire valoir.

FormUp® 350

FormUp® 350

Le marché des prothèses et implants chirurgicaux est en pleine mutation. Les industriels de ce secteur cherchent à fournir aux médecins des dispositifs toujours plus performants et personnalisés, à des coûts acceptables pour les patients, tout en respectant des exigences de certification particulièrement sévères. Aujourd’hui, les nouvelles générations d’imprimantes 3D atteignent de hauts niveaux de productivité et de qualité, et peuvent produire des pièces dans des matériaux biocompatibles. Elles permettent aux fabricants d’implants d’envisager la migration vers la fabrication additive métallique pour de nombreuses applications.

Des implants imprimés en 3D

Les implants chirurgicaux sont des dispositifs médicaux qui ont la particularité de devoir s’adapter à la morphologie de chaque patient. De plus, leurs surfaces doivent être spécialement étudiées pour s’intégrer à la structure osseuse du patient (on parle d’ostéo-intégration, pour désigner la capacité de l’implant à favoriser une reconstruction solide et durable des os et des tissus). Pour ces raisons, les implants réalisés par des techniques conventionnelles, comme l’usinage, sont très onéreux. En effet, le besoin d’implants personnalisés impose aux fabricants de prévoir de nombreuses variantes pour chaque modèle, avec les outillages associés. Et les surfaces favorisant la reconstruction des tissus s’obtiennent par des traitements de surfaces additionnels à la fois longs et complexes à réaliser.

A l’inverse de l’usinage, l’impression 3D métallique est particulièrement adaptée à la fabrication de pièces complexes et personnalisées. C’est la raison pour laquelle les industriels du médical s’intéressent de près à cette technologie, depuis son apparition au début des années 2000. Les premières applications ont tardé à émerger, d’une part car les autorités de certification médicales imposent des contraintes drastiques en termes de sûreté et de qualité, d’autre part car les niveaux de productivité et de répétabilité des machines ne permettaient pas aux industriels de rentabiliser leurs investissements. Mais ces dernières années, grâce aux progrès récents accomplis par les fabricants de machines d’impression 3D métallique, les applications se multiplient, et la technologie se diffuse rapidement dans tout le secteur.

»Liens vers le case study dans le domaine médical.

Qu’est-ce qu’une machine pensée pour le secteur médical ?

La machine FormUp 350 présente de nombreux atouts pour répondre aux attentes des fabricants d’implants chirurgicaux. Conçue et produite par AddUp, une société créée par les groupes français Michelin et Fives, cette machine est basée sur le principe de la fusion laser sur lit de poudre (L-PBF, pour Laser Powder Bed Fusion). Ce procédé est particulièrement adapté à la réalisation de pièces métalliques complexes, personnalisées, avec des caractéristiques mécaniques élevées. C’est aussi l’une des technologies les plus matures sur le marché de l’impression 3D métallique. En outre, plusieurs constructeurs, dont AddUp, proposent des recettes pour l’utilisation de matériaux biocompatibles, tels que les alliages de titane, et plus particulièrement le titane ELI qui est couramment utilisé pour la fabrication d’implants chirurgicaux.

La FormUp 350 se distingue néanmoins de la plupart des machines du marché par certains aspects :

-La capacité à mettre en œuvre des poudres fines. L’utilisation de poudres métalliques de faible granulométrie (inférieure à 25 microns) permet d’envisager des pièces comportant à la fois des surfaces peu rugueuses, des surfaces poreuses, et des surfaces de type « treillis » qui favorisent l’ostéo-intégration.

-La capacité d’utiliser différents dispositifs d’étalement de poudre, dont le dispositif à rouleau. Associé à des poudres fines, ce dernier permet de créer un lit de poudre à la densité élevée, propice à la fabrication de pièces sans support, ce qui réduit fortement les coûts liés aux opérations de post-traitement.

-La capacité à traiter des poudres réactives avec un haut niveau de sécurité. Les alliages de titane, sous la forme de poudres fines, présentent des risques pour les installations comme pour les opérateurs. La FormUp® 350 est la seule machine du marché à permettre l’approvisionnement et le recyclage de la poudre sans aucun contact avec l’air ambiant, ce qui limite les risques d’explosion tout en réduisant l’apparition de défauts dans les pièces.

Au-delà de ces caractéristiques, les machines L-PBF d’AddUp peuvent répondre aux attentes des professionnels des implants étant donné leurs performances en termes de productivité, de qualité, de répétabilité et de traçabilité.

Critères de productivité

Développée par un industriel pour des industriels, la machine FormUp 350 est pensée pour offrir une productivité élevée. D’abord, grâce à l’utilisation de plateaux de grandes dimensions (350 x 350 mm), avec un système de chargement rapide par le dessous qui évite toute perte de surface utile. Ensuite, par la présence de quatre lasers de 500 watts, capables de couvrir toute la surface du plateau. L’avantage pour l’utilisateur est une grande souplesse dans le placement des pièces sur le plateau, et dans l’affectation des lasers aux pièces à fabriquer, avec un ou plusieurs lasers par pièce.

Pendant la fabrication, la machine réduit les temps non productifs grâce à un système d’étalement de poudre bidirectionnel, environ 40 % plus rapide qu’un dispositif d’étalement conventionnel. Les temps d’attente entre deux productions sont également raccourcis au maximum, grâce à des temps d’inertage très courts (de l’ordre de 15 minutes pour atteindre 500 ppm, soit 0,05 % d’oxygène dans l’enceinte), grâce à un système de refroidissement actif de l’axe Z (la plupart des industriels qui impriment du titane chauffent les plateaux pour limiter les contraintes liées aux variations thermiques), mais aussi grâce à un système de référencement rapide des plateaux (quelques secondes suffisent pour mesurer la hauteur de la plateforme), et à une fonction d’aspiration intégrée à l’enceinte de fabrication, entre autres. Les fonctions d’approvisionnement de poudre neuve, tout comme la prise d’échantillons de poudre, se font évidemment en temps masqué, sans interrompre la production.

Critères de qualité

Système de recouvrement

AddUp a mis au point plusieurs technologies pour garantir la qualité des pièces produites. Certaines de ces technologies sont actives. C’est le cas du système de contrôle de la qualité de mise en couche, qui analyse en temps réel l’état de surface du lit de poudre. Des algorithmes développés en interne attribuent un score de qualité à chaque nouvelle couche de poudre. Dès lors qu’un défaut est détecté, qu’il s’agisse d’un dépôt intempestif ou d’un manque de poudre, le système est capable de relancer immédiatement un nouveau cycle d’étalement de poudre. Ce dispositif n’impacte pas la productivité, car l’analyse s’effectue en quelques dixièmes de seconde. Mais surtout, il évite qu’un lot complet de pièces soient mises au rebut, ce qui est le cas lorsque les défauts de mise en couche sont détectés après l’impression.

Parmi les autres technologies actives, citons le système de captation des fumées, qui évite d’éventuelles dérives liées à l’encrassement des filtres grâce à un système de nettoyage automatique des filtres, ainsi que le dispositif Cross Jet qui assure une propreté constante des vitres lasers pendant la fabrication.

Les machines FormUp proposent également des technologies passives pour le contrôle a posteriori de la qualité des pièces produites. Le système baptisé « Monitoring de fusion » est capable de mesurer trois paramètres essentiels de la fabrication, que sont la variation de position du laser par rapport à sa position théorique, la variation de la puissance délivrée par le laser par rapport à la puissance théorique, et la température du bain de fusion. Toutes ces données sont collectées en continu pendant l’impression, et sont ensuite cartographiées et superposées aux modèles 3D des pièces. Cela permet non seulement de détecter d’éventuels défauts, mais aussi de les situer avec une grande précision pour savoir quelles pièces sont impactées, et si le défaut doit entraîner une mise au rebut de la pièce. En effet, un défaut survenu sur un support, par exemple, pourrait être considéré comme acceptable du point de vue de l’application.

Surveillance du recouvrement

Critères de répétabilité

Les industriels du médical sont soumis à des contraintes extrêmement sévères pour la qualification de leurs applications. Les procédures pour l’obtention d’un dossier de certification, comparables à celles en vigueur dans le secteur aéronautique, sont difficiles à obtenir et imposent aux industriels de mettre sous contrôle l’ensemble des paramètres de fabrication : il s’agit de prouver que le procédé est capable de délivrer des pièces conformes et que cette qualité sera maintenue dans le temps.

Parmi les technologies embarquées dans la FormUp 350 et qui contribuent à la répétabilité de la production, citons les systèmes laser à scanners « 3 axes ». Contrairement aux systèmes passifs qui déforment le plan focal du faisceau laser, les systèmes 3 axes sont capable d’ajuster dynamiquement la longueur focale du faisceau pour garantir une qualité de focalisation homogène en tout point du plateau, et donc une qualité de fusion uniforme quelle que soit la position de la pièce sur le plateau.

De même, le module chargé de la gestion de la poudre s’assure que cette poudre est systématiquement tamisée et séchée avant d’être envoyée dans l’enceinte de fabrication, ce qui évite les variations des propriétés de la poudre qui peuvent survenir lorsque la poudre est stockée dans différents conteneurs.

Enfin, le dispositif d’étalement par rouleau, parce qu’il participe directement de la géométrie de la surface du lit de poudre, est beaucoup plus répétable qu’un système d’étalement par racleur pour lequel une mauvaise manipulation par l’opérateur pourrait entraîner d’importantes variations de la forme du lit de poudre d’une production à une autre.

Critères de traçabilité

AddUp Dashboard

Lorsque les autorités de certification ont validé la qualification d’une application, les fabricants d’implants doivent mettre en place des systèmes garantissant une traçabilité sans faille de toutes les pièces produites. Mais le procédé L-PBF est complexe, avec de nombreux paramètres influents et des interactions multiples entre ces paramètres. Pour aider les industriels dans le suivi de tous les paramètres de leurs fabrications, AddUp propose le logiciel AddUp Dashboards, une solution de traçabilité et d’analyse de l’ensemble des données de production. Plus de 80 paramètres sont suivis, horodatés avec une grande précision et stockés sans limite de temps dans une base de données. Les utilisateurs peuvent alors réaliser toutes sortes de tableaux de bord, que ce soit pour le suivi des machines, la détection et l’analyse d’aléas de production, ou la création de rapports de toutes sortes.

Contrairement aux autres systèmes, AddUp Dashboards permet d’accéder au GUID (Globally Unique Identifier), un label unique de 128 bits pour le fichier de construction qui a été exécuté. Le GUID change automatiquement lorsque le projet est modifié, ce qui rend impossible l’imitation ou la récupération d’une valeur périmée. Cela garantit le fait que le projet a été réalisé comme prévu, sans modification des géométries, des paramètres laser ou des réglages de la chambre de fabrication.

En conclusion, si les machines FormUp 350 héritent de l’expérience du groupe Michelin, qui les utilisent pour la fabrication en grandes séries de pièces de moules de pneumatiques, on constate que leurs caractéristiques les rendent parfaitement applicables au secteur médical.

En effet, ces machines ont été pensées dès les premières phases de leur conception pour atteindre de hauts niveaux de productivité et de qualité, mais elles ont aussi été améliorées au fil des années. Notamment grâce à l’expérience acquise dans les ateliers d’AddUp, qui utilise ses propres machines pour proposer à ses clients des services de fabrication de pièces. Aujourd’hui, les FormUp 350 sont utilisées par un des leaders mondiaux de la fabrication d’implants, qui s’est équipé dans différents ateliers en Europe et aux Etats-Unis, et réalise des fabrications qualifiées et en grande série.

» Lien vers le cas d’application sur les lamelles de pneumatiques.

Filed Under: Medical, Medical, PBF, Non classifié(e)

janvier 30, 2023 by Newsdesk

Partenariat entre AddUp et WBA | Blog

Interview des directeurs de WBA et AddUp qui expliquent le contexte et les objectifs d’une initiative conjointe de création d’une Plateforme de l’impression 3D dédiée à l’outillage à la WBA, début 2023.

12 octobre, 2022

Interview de Martin Ricchiuti du magazine FORM+Werkzeug

L‘Académie de l’outillage WBA de Aachen accompagne les fabricants d’outils et de moules à développer des innovations techniques pour l’industrie. AddUp, une coentreprise créée par Michelin et Fives, est un équipementier mondial de systèmes de production multi-technologiques pour la fabrication additive métallique. Dans cet entretien avec le professeur Wolfgang Boos, directeur de la WBA, et Julien Marcilly, directeur général adjoint d’AddUp, vous découvrirez le contexte et les objectifs de cette initiative conjointe de créer un Centre d’excellence pour la fabrication additive dans le domaine de l’outillage à la WBA.

Trouver des solutions additives:
Simplifier l’accès à la fabrication additive métallique.

AddUp mettra à la disposition de la WBA sa machine 3D, une FormUp® 350, basée sur la technologie LPBF, fusion sur lit de poudre (Laser-Powder bed fusion). L’impression 3D métallique permet d’exploiter le potentiel de la fabrication locale d’outils et de moules et de poursuivre le développement de la chaîne de valeur.

With the founding of the AM Tooling Competence Center at the WBA, Julien Marcilly from AddUp (right) and Prof. Wolfgang Boos from the WBA create a competence center for additive manufacturing in tool and mold making. © AddUp

FORM+Tool : M. Marcilly, quels sont les objectifs d’AddUp avec cette nouvelle plateforme de fabrication additive de la WBA et quel rôle joue AddUp dans cette coopération ?

Marcilly : Avec notre société AddUp GmbH, fondée en avril 2022 à Aix-la-Chapelle, nous poursuivons l’objectif stratégique de nous ouvrir au marché allemand de l’impression 3D métal. Il est donc tout à fait logique de conclure un partenariat avec la WBA. Nous installerons notre dernier système PBF « FormUp 350 » dans un hall dédié, au sein de l’atelier de démonstration de la WBA et le rendrons accessible aux clients potentiels. Une fois l’installation terminée, nous y placerons trois à quatre ingénieurs d’application épaulés par des opérateurs expérimentés, afin d’accompagner les industriels intéressés à faire leurs premiers pas dans l’impression 3D métal sur notre machine. En outre, d’autres développements de la technologie PBF seront réalisés sur cette machine, en étroite collaboration avec les experts de la WBA.

FW : Prof. Boos, l’impression 3D est-elle un nouveau domaine technologique pour la WBA que vous souhaitez développer avec le soutien d’AddUp ?

Boos : Jusqu’à présent, la WBA s’est concentrée sur les cinq technologies classiques de la fabrication d’outils. Cependant, il y a environ quatre ans, avec les partenaires de notre communauté, nous avons commencé à explorer le marché de l’impression 3D de manière ciblée afin de trouver des solutions à fort potentiel pour les besoins de l’outillage. Après divers ateliers numériques et nombreuses discussions avec les experts d’AddUp, il est apparu clairement en 2021 qu’un Centre d’excellence pour la fabrication additive dans le domaine de l’outillage représentait une situation gagnant-gagnant pour les deux parties.

Car pour la WBA, l’introduction de cette sixième technologie dans le domaine de la fabrication d’outils et de moules est une étape tout à fait logique. Si un partenaire tel qu’AddUp entre dans la communauté et accepte d’installer une machine 3D sur laquelle vous pouvez non seulement optimiser les pièces, mais aussi améliorer le process avec des experts, alors nous aurons une collaboration particulièrement réussie. Nous nous réjouissons de travailler conjointement avec AddUp.

FW : Vous parlez de l’optimisation de la technologie PBF. Qu’est-ce que vous entendez par là ?

Boos : Je pense qu’il est important de communiquer sur la façon de manipuler les matériaux et sur les performances qui peuvent être atteintes avec une imprimante 3D dans des conditions optimisées et industrielles. Mais en même temps, il y a aussi des questions telles que la numérisation qui doivent être abordées. Que peut-on mettre en œuvre comme connexion ? Il est important d’en savoir beaucoup plus sur les matériaux et la technologie. C’est pourquoi nous avons convenu qu’en plus des deux partenaires AddUp et WBA, nous impliquerons également l’ensemble de notre communauté dans ce projet, soit environ 85 entreprises.

De cette manière, un nombre beaucoup plus important d’impulsions et d’idées verront le jour en termes de poudre, de process, de composants et d’applications. Des exigences sont définies et peuvent être testées spécifiquement, directement sur la machine. C’est la condition idéale pour agir ensemble et proposer des solutions industrielles en faisant appel à l’impression 3D métallique.

The ‘FormUp 350’ has up to four 500-watt ytterbium fiber lasers as a beam source and can build up parts with an edge length of up to 350 mm in layers in the cube. © AddUp

FW : L’équipement et le personnel viennent d’AddUp, qu’est-ce que la WBA apporte dans cette coopération ?

Boos : Nous faisons également appel à un ingénieur en impression 3D de la WBA qui a accumulé de l’expertise au fil des ans. Cependant, nous nous concentrerons sur l’acquisition de composants et sur les fabricants d’outils et de moules. En tant que partenaire, Addup nous aide à élaborer le meilleur procédé pour la production de tous les composants nécessaires. En outre, avec nos méthodes classiques, nous pouvons nous occuper du post-traitement des pièces imprimées en 3D. La nouvelle plateforme d’impression 3D aura une proposition de vente unique et nous souhaitons couvrir l’ensemble de la chaîne de valeur.

The FormUp 350, a New Generation AddUp PBF machine

FW : Susciter l’intérêt des fabricants d’outils et de moules : quels sont les problématiques spécifiques que vous souhaitez aborder ?

Marcilly : Il existe un énorme potentiel de réduction des temps de cycle dans le moulage par injection. Notre machine peut traiter une poudre fine à faible granulométrie, ce qui présente des avantages dans la production de canaux de refroidissement internes et, par conséquent, augmente la rentabilité du moule à injection. Nous avons également déjà développé un nouvel acier à outils et fabriqué les premières pièces, mais ce n’est qu’un début. Nous sommes en train de développer des aciers spéciaux pour les inserts de moules dans le domaine de la construction d’outils. À l’avenir, l’accent sera également mis sur les outils destinés aux applications de la technologie médicale et sur les outils de moulage par injection sous pression.

FW : Comment cette coopération soutient-elle l’orientation stratégique de la WBA, notamment avec le thème de la numérisation mentionné plus haut ?

Boos : Depuis environ cinq ans, la gamme de services de la WBA comprend non seulement les cinq technologies classiques de manière isolée, mais aussi la fabrication de composants individuels, jusqu’aux outils complets. Cela nous permet de réaliser jusqu’à un million d’euros de chiffre d’affaires par an. Nous allons maintenant étoffer cette offre avec une sixième technologie, sous la forme d’un accompagnement complet, du conseil jusqu’à l’impression en 3D de pièces métalliques. De mon point de vue, cela inclut notamment l’ensemble du thème de l’industrie 4.0.

Alors qu’à l’heure actuelle, seuls des capteurs de bruits de structure ou des compteurs de tirs sont intégrés, je suis convaincu que nous pouvons atteindre un tout autre niveau avec des composants 3D imprimés de manière appropriée. Il existe encore de nombreuses approches et objectifs de recherche que nous souhaitons poursuivre ensemble.

With the involvement of AddUp in the AM Tooling Competence Center, the network of the WBA is expanded to include the key competence of 3D printing. © AddUp

FW : Quel appel est fait à l’industrie de la fabrication d’outils et de moules à ce stade ?

Boos : L’une des caractéristiques du fabricant classique d’outils et de moules est qu’il doit d’abord le voir pour croire que cela fonctionne. Choisir de commencer par le composant dont vous avez réellement besoin n’aurait de sens qu’au cas par cas, car cela nécessite des connaissances préalables, comme un design adapté à l’impression 3D. En tant que Centre d’excellence, nous voulons développer des solutions uniques en collaboration avec nos clients. Notre offre doit être une approche simple de la fabrication additive.

Marcilly : Une des solutions serait que le client achète une machine. Ce serait un investissement énorme pour pouvoir faire les premiers pas et les premières expériences de cette technologie. En pratique, cette alternative a un coût trop élevé. En revanche, ici, au Centre d’excellence, vous trouverez une machine ainsi que l’expertise combinée d’AddUp et de la WBA, que le client peut utiliser pour s’essayer aux pièces ou tester les matériaux et les conceptions. En tant que prestataire de services, AddUp imprime des pièces métalliques d’une valeur d’environ 10 millions d’euros en France, il existe donc déjà une grande expertise en matière d’applications que vous pouvez exploiter et que nous mettons à votre disposition. Avec les premières expériences et réussites, le pas est facile à franchir pour investir dans votre première machine AddUp.

FW : Quand cette plateforme pour la fabrication additive sera-t-elle mise en fonction ?

Marcilly : Le système de production est en cours d’installation. Nous allons faire une présentation de cette nouvelle plateforme le 25 octobre 2022 avec les premières applications pour notre projet AddUp et nos partenaires. Le 26 octobre, tous les membres de la WBA bénéficieront d’une visite et d’une présentation de la technologie additive et de la machine lors de leur réunion annuelle. L’ouverture officielle est prévue pour début 2023.

Boos : C’est bien que nous ayons déjà une sorte de pré-ouverture à la fin du mois d’octobre pour les clients et partenaires d’AddUp et la communauté WBA. Le 27 octobre, nous avons également le colloque sur la fabrication d’outils avec la cérémonie de remise des prix EiP. Ainsi, nous pouvons déjà poser un premier jalon pour les entreprises qui sont ouvertes aux nouvelles technologies.

Marcilly : Nous présentons également le FormUp 350 au salon Formnext en novembre et nous nous réjouissons de rencontrer les personnes intéressées sur notre stand E01 dans le hall 12.0.

FW: Merci pour cette interview !


WBA Aachen Toolmaking Academy GmbH

D 52074 Aachen

info@werkzeugbau-akademie.de

www.werkzeugbau-akademie.de

AddUp Global additive solutions

F63118 CEBAZAT

contact@addupsolutions.com

www.addupsolutions.com

Full interview in German read here

Filed Under: Non classifié(e), PBF

octobre 6, 2022 by Newsdesk

Projet Nathena avec AddUp, un fabricant d’additifs | Blog

Le projet NATHENA vise à développer des échangeurs de chaleur innovants pour l’industrie aéronautique en utilisant la fabrication additive.

Fort de 10 ans d’expérience dans la fabrication additive appliquée aux produits complexes, notamment les échangeurs thermiques, SOGECLAIR Aerospace décide d’entreprendre le montage d’un consortium. Celui-ci sera constitué d’AddUp, industriel français spécialisé en fabrication additive métallique, TEMISTh, développeur et fournisseur français de solutions thermiques sur mesure, et de l’Institut Von Karman pour la dynamique des fluides (VKI), laboratoire belge de mécanique des fluides.

Février 2017 : parmi les nombreux sujets de l’Appel à Projet européen Cleansky2, l’un d’entre eux attire l’attention de nombreuses entités, entreprises comme laboratoires. Proposé par Liebherr Aerospace, il concerne l’évaluation des améliorations des échangeurs thermiques de nouvelle génération grâce à l’utilisation de la fabrication additive.

Fort de 10 ans d’expérience dans la fabrication additive appliquée aux produits complexes, notamment les échangeurs thermiques, SOGECLAIR Aerospace décide d’entreprendre le montage d’un consortium. Celui-ci sera constitué d’AddUp, industriel français spécialisé en fabrication additive métallique, TEMISTh, développeur et fournisseur français de solutions thermiques sur mesure, et de l’Institut Von Karman pour la dynamique des fluides (VKI), laboratoire belge de mécanique des fluides. SOGECLAIR Aerospace, société d’ingénierie en haute technologie dans le domaine aéronautique, sera le porteur du projet auprès de la commission européenne.

Il faut à présent s’approprier le projet et lui donner un nom : ce sera NATHENA, acronyme pour New Additive manufacTuring Heat ExchaNger for Aeronautic. Le projet d’une durée de 4 ans et doté d’un budget total de 1.5M€ sera financé à 100% par la commission européenne. Coup d’envoi : mars 2018.

CAO d’un canal simple flux et des interfaces au banc d’essai

L’objectif est de développer 2 échangeurs de chaleur innovants pour le domaine aéronautique. Le premier est un « pre-cooler » permettant de pré-refroidir de l’air chaud directement prélevé dans les turbomoteurs d’un avion de ligne. Il sera conçu en Inconel 718 car soumis à des températures très élevées. Le second est un « cooler », situé plus en aval dans la chaîne de conditionnement de l’air de l’avion, permettant de refroidir de nouveau l’air pour une utilisation ultérieure. Il sera quant à lui conçu en Aluminium AlSi7Mg, car confronté à des températures adaptées à cet alliage. L’ambition du projet est de concevoir des échangeurs de chaleur aussi performants que ceux réalisés par méthode conventionnelle mais bénéficiant d’une masse et d’un volume réduits.

Canal simple flux aluminium imprimé

La première étape du projet NATHENA consiste à documenter l’état de l’art des échangeurs thermiques tant d’un point de vue design que simulation numérique, optimisation, essais sur banc et techniques de fabrication associées. L’environnement normatif des échangeurs de chaleur aéronautiques est également décrit, tout comme les différents brevets relatifs aux domaines listés précédemment. Ces travaux permettent de constituer une solide base de données, élément structurant pour guider et affiner les choix architecturaux ainsi que les paramètres géométriques des futures structures d’intensification développées et caractérisées durant le projet. Ces structures permettent d’augmenter les échanges thermiques en étendant la surface d’échange.

Simulation CFD d’un canal simple flux

S’appuyant sur les précédents travaux, le démarrage des études techniques abouti à la cocréation par l’équipe projet des premières CAO (Conception Assistée par Ordinateur) de nouvelles structures d’intensification. Le but est d’estimer leurs performances d’un point de vue fabrication, comportements mécanique, fluidique et thermique afin d’élire les géométries les plus prometteuses. Ces dernières sont ensuite intégrées dans des canaux d’essais normalisés pour le projet qui sont imprimés en Inconel et en Aluminium sur une FormUp 350 d’AddUp.

Canal simple flux instrumenté

Un peu moins de 10 canaux sont imprimés dans chaque matériau, soit un canal par structure d’intensification. Ces canaux sont ensuite testés thermiquement sur un banc d’essai. Les résultats expérimentaux sont alors corrélés avec les simulations numériques CFD (Computational Fluid Dynamics). Le principe : de l’air à température ambiante aux propriétés contrôlées est introduit à l’entrée des canaux tandis que ceux-ci sont chauffés via une résistance électrique plane et apposée sur une de leurs parois. De multiples capteurs mesurent alors la pression, la température et la vitesse du gaz à différentes positions des canaux. Ces mesures servent alors à consolider la validité des modèles de simulation numérique mais aussi à comparer les performances des différentes structures.

Le consortium obtient à ce stade une meilleure compréhension des écoulements et transferts thermiques dans différentes structures produites par fabrication additive. La fabricabilité de telles géométries, dotées de nombreuses parois fines, est ainsi évaluée. Ces premiers résultats très encourageants permettent d’esquisser l’architecture d’échangeurs de chaleur la plus performante, et ainsi d’offrir le meilleur compromis entre fabricabilité, tenue mécanique, performances thermiques et performances fluidiques. Bien entendu, tous ces résultats continuent à alimenter la base de données déjà établie.

Single flow channel test results and comparison with simulations for one of the Aluminium samples – left: linear pressure evolution, right: heat transfer coefficient

Cette première étude sur les canaux représentatifs lance ainsi une campagne d’essais similaires mettant en jeu cette fois-ci deux fluides chaud et froid. Il s’agit ici de caractériser les performances de la géométrie choisie dans un échangeur de chaleur miniature où la source chaude n’est plus une résistance électrique mais un flux d’air chaud. La configuration des canaux sera ici une configuration croisée.

Figure 6: CAD of a double-flow channel

Trois canaux à deux fluides sont imprimés : deux en Inconel et un en Aluminium, pour lesquels la paramétrie des structures d’intensification est calculée et adaptée en fonction des caractéristiques des flux d’air. La fabrication de très nombreuses ailettes (plusieurs milliers) aux parois fines, avec les exigences de qualité d’impression, dépoudrage et parachèvement associées, constitue un véritable challenge. Les canaux sont ensuite caractérisés sur banc d’essais, permettant une nouvelle fois de corréler essais expérimentaux et simulations numériques.

Canal double flux instrumenté

Grâce à une méthode d’homogénéisation, ces caractérisations thermo-fluidiques permettent la création de métamatériaux (MPE pour Milieux Poreux Equivalents à propriétés volumiques équivalentes) qui simplifient les simulations numériques tout en allégeant les modèles et en réduisant les temps de calcul. Les mêmes bénéfices sont visés par le pendant thermomécanique. Des corrélations entre simulations numériques et essais d’éprouvettes en traction, elles aussi produites en Inconel 718 et en Aluminium AlSi7Mg, permettent d’affiner ces métamatériaux mécaniques. En effet, un échangeur de chaleur est un système comportant au sein d’un grand volume de nombreuses petites géométries complexes. Les simuler numériquement peut être très complexe et nécessite des ressources informatiques considérables si de telles techniques ne sont pas employées.

Schéma de principe du banc d’essais double flux

L’étape suivante a été d’incorporer la structure d’intensification la plus performante dans deux prototypes d’échangeurs de plus grandes dimensions (un premier en AlSi7Mg et un second en Inconel 718). Comme précédemment, les objectifs sont d’affiner et de corréler les résultats entre simulations numériques et expérimentations sur banc d’essai. Encore une fois, il s’agit de générer un maximum de données et d’accroître les connaissances sur la fabrication additive appliquée aux équipements thermiques complexes.

Nestling of a double-flow channel

3D print simulation of a double-flow channel

Control tomography of a double-flow channel

CAO d’un prototype d’échangeur thermique et prototype imprimé en AlSi7Mg

Toutes ces simulations et expérimentations ont permis de connaître précisément les performances de la structure d’intensification choisie et de l’architecture interne retenue. Les deux échangeurs finaux répondant aux spécifications de Liebherr Aerospace ont donc pu être dimensionnés et dessinés en conséquence. Compte-tenue de la taille des modèles et du nombre très élevé de structures d’intensification intégrées (plus d’un million), de nouveaux outils et méthodes innovantes ont dû être utilisés afin de réaliser leur CAO.

Final aluminium heat exchanger

Les données générées par l’essai du prototype en aluminium ont également permis de simuler les performances théoriques de l’échangeur final et de générer une première CAO de la pièce complète, ayant un volume l’équivalent à 12 cellules prototypes imprimés (voir ci-dessous).

Le prototype d’échangeur thermique en Inconel 718 possède la particularité de pouvoir utiliser des gaz à haute température supérieures à 300°C, température limite pour un échangeur en aluminium.

Afin de pouvoir répondre aux exigences de performance de la pièce finale, un développement spécifique, adapté aux besoins du projet, a été mené à partir des données initiales d’Addup. Le cahier des charges exprimé par le consortium contenait 3 points majeurs :

  • Réalisation de parois fines étanches en Inconel 718 (d’une épaisseur de 100 et 300µm)
  • Augmentation de la productivité
  • Etat de surface sur les ailettes et les canaux < 6µm
  • Thin waterproof walls in IN718 (between 100 and 300µm)
  • Productivity increase
  • Surface finish on fins and channels <6µm
Illustration of raw thin walls (Ra<6µm)

Afin de maîtriser les contraintes de ce développement, Addup a utilisé une machine dernière génération (FormUp 350 New Generation) permettant l’utilisation de 4 lasers ainsi que ses systèmes de monitoring et de suivi renforcés (monitoring capteurs, contrôle mise en couche, …). Ces données couplées aux résultats de mesures expérimentaux ont permis de définir une plage de fonctionnement et un ensemble de paramètres de fabrication stables.

L’échangeur complet a été produit avec une stratégie de fabrication permettant l’utilisation simultanée de 4 lasers afin d’accroître la productivité de la technologie de fusion. Cette performance a été possible grâce à la validation préalable des différentes caractéristiques clés attendues (mécanique, thermique, dimensionnelle).

A l’instar de l’échangeur aluminium, l’échangeur en inconel est testé sur banc d’essai afin d’évaluer et de valider les premiers modèles établis pour l’aluminium. Ces expérimentations ont permis d’étudier et de mettre en évidence l’impact de la rugosité, mais aussi de valider les premiers modèles de comportement utilisés lors des simulations.

CAO et prototype d’échangeur imprimé en IN718
Illustration banc essai thermique (VKI)

Au cours de ces essais, un écart de performance a été montré. Cet écart, lié à la rugosité, est pris en compte dans les simulations de flux thermique réalisées par Temisth. Les calculs montrent une répartition de température correspondant aux données issues des mesures réelles, validant les premiers modèles utilisés.

Illustration des champs de température simulés côté froid (gauche) et côté chaud (droite) – Temisth
Résultats expérimentaux relevés sur banc d’essais – IVK

Le calcul et le dimensionnement (670*450*320mm) de l’échangeur complet final en Inconel 718 à partir des conclusions de l’étude montre la possibilité d’intégrer la fabrication additive pour la réalisation d’échangeurs avec des performances au moins équivalentes aux échangeurs thermiques actuels, tout en répondant aux exigences d’allègement du système.

Échangeur thermique final en Inconel 718

Verrous technologiques levés dans le cadre du projet :

  • Gestion du dépoudrage
  • Stratégie de fabrication adaptée aux parois fines
  • Stratégie de fabrication permettant de diminuer la rugosité de surface
  • Génération d’un écoulement haut débit d’air à -15°C
  • Cartographie de mesure de température
  • Corrélation entre les simulations et les mesures expérimentales
  • Corrélations basées sur les mesures expérimentales permettant de prédire les performances aérothermiques des échangeurs fabriqués
  • Gestion de fichiers volumineux
  • Méthodologie de CAO adaptée aux structures complexes
  • Méthodologie calcul adaptée aux structures complexes
  • Stratégie de fabrication permettant d’utiliser 4 lasers sur la même pièce

NATHENA: le consortium

SOGECLAIR aerospace

Fort de son ancrage dans l’aéronautique, le groupe SOGECLAIR conçoit, fabrique et soutient des solutions et des produits innovants pour les transports dans les domaines civils et militaires.

Sa politique de R&D soutient sa participation aux grands programmes d’avenir tels que le développement de l’avion du futur et des véhicules autonomes.

Sa filiale, SOGECLAIR aerospace est un leader international dans la conception et l’intégration de solutions à forte valeur ajoutée pour l’industrie aéronautique et spatiale. Elle conçoit, fabrique et entretient les principaux composants d’aérostructures et d’intérieurs d’avions.

SOGECLAIR aerospace développe et déploie des matériaux et technologies avancés comme le thermoplastique et la fabrication additive.

Avec plus de 1160 employés dans le monde, SOGECLAIR aerospace possède un savoir-faire reconnu dans :

  • Le design et l’architecture d’aérostructures et de systèmes,
  • Le design et la fabrication d’intérieurs d’avions,
  • La gestion de configuration au niveau programme, engineering et industriel,
  • La conception et la fabrication d’équipements simulés et embarqués.

AddUp

AddUp, créée en 2016, est une coentreprise issue de Fives et Michelin. Elle est un fournisseur de solutions complètes d’impression 3D de métaux industriels.

AddUp intervient sur :

  • La conception et fabrication de machines, intégrées dans une chaîne de production complète, de la gestion des poudres à la pièce finie,
  • L’assistance à la clientèle pour la production de pièces métalliques, afin de soutenir des projets d’investissement dans la fabrication additive ou des besoins de production supplémentaires,
  • L’activité de service inter fonctionnelle, incluant la reconception de pièces et des services supplémentaires associés à l’offre de machines, afin d’aider les entreprises à trouver les solutions techniques et financières les plus adaptées.

TEMISTh

TEMISTh est une entreprise spécialisée dans le développement et la fourniture de solution thermique sur-mesure. Pour cela, la société développe des outils numériques de simulation et optimisation pour une conception automatisé des échangeurs de chaleur. Cela lui permet de développer de nouveaux concepts d’échangeurs à produire notamment en fabrication additive.

Grâce à son positionnement sur le Technocentre TEAM Henri Fabre, TEMISTh propose différentes technologies avancées de fabrication comme la fabrication additive métallique et polymère, la fonderie, l’usinage et assemblage pour hybridation de fonction grâce à du brasage ou encore du soudage par friction. La maîtrise de l’ensemble de ces procédés permet à TEMISTh de proposer des solutions optimisées et abouties à l’ensemble de ces clients. L’ensemble des pièces développées et produites peuvent ensuite être testées sur les bancs d’essai thermiques que TEMISTh exploite.

Les domaines industriels dans lesquels l’entreprise opère sont nombreux : aéronautique, spatial, transport, pétrole et gaz, électronique.

Institut Von Karman pour la dynamique des fluides

L’Institut Von Karman pour la dynamique des fluides (VKI) a été fondé en 1956 par le professeur Theodore Von Karman en tant que centre international alliant éducation et recherche pour les citoyens des pays de l’OTAN, dans le cadre de sa devise « Formation de haut niveau à la recherche par la recherche ».

L’IVK est avant tout un centre d’éducation proposant différents programmes éducatifs : Conférences / Cours / Colloques, Formations courtes, Mémoire de maîtrise universitaire, Master de recherche en dynamique des fluides, Programme doctoral et Programme de recherche appliquée.

Le VKI entreprend et encourage des recherches sur les aspects expérimentaux, numériques et théoriques des écoulements de liquides et de gaz dans les domaines de l’aéronautique, de l’aérospatiale, des turbomachines, de l’environnement et des procédésindustriels et de sécurité. Une cinquantaine d’installations d’essai spécialisées sont disponibles, dont certaines sont uniques ou parmi les plus grandes au monde.

Les recherches sont menées sous la direction du corps professoral et des ingénieurs de recherche, principalement parrainés par des organismes gouvernementaux et internationaux, ainsi que par des entreprises.

Liebherr Aerospace

Liebherr Aerospace conçoit, développe et fabrique des systèmes d’air, systèmes de commandes de vol et trains d’atterrissage, ainsi que des engrenages et des boîtes de transmission et de l’électronique pour l’industrie aéronautique. Liebherr Aerospace fournit des services client OEM complets en s’appuyant sur un réseau mondial qui offre : réparations et révisions des équipements, support technique et documentation, fourniture des pièces de rechange et service AOG.

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août 19, 2022 by Newsdesk

Pièces fabriquées additives à l’intérieur des machines | Blog

AddUp, fabricant d’imprimantes 3D en métal, propose non seulement des services de production de pièces, mais utilise également ses propres machines pour fabriquer des composants pour ses imprimantes 3D.

AddUp est un constructeur de machines d’impression 3D qui exploite ses propres machines dans ses ateliers, pour proposer des services de production de pièces à ses clients. Mais saviez-vous que ces ateliers servent également à fabriquer des composants pour de nouvelles machines ? La FormUp 350 compte ainsi de nombreuses pièces imprimées en 3D, qui sont représentatives des différentes possibilités offertes par la technologie.

Trémies de dosage

Des pièces produites sur la FormUp 350, pour la FormUp 350

AddUp est l’un des seuls fabricants de machines d’impression 3D métallique à proposer également des services de production de pièces, grâce à plusieurs ateliers en Europe et aux Etats-Unis. Quand elles ne sont pas utilisées pour produire des pièces pour des clients, les machines FormUp fabriquent des pièces… pour de nouvelles machines FormUp. « Générer de la valeur grâce à des pièces qui cumulent plusieurs fonctions, sont plus performantes ou présentent des délais d’approvisionnement plus courts, ce n’est pas qu’un discours que nous portons auprès de nos clients, c’est aussi un cercle vertueux que nous appliquons en interne, affirme Léopold Barry, chargé de projet FormUp 350 deuxième génération chez AddUp. Tous ces développements ont pour but de faire de cette machine une vitrine des différentes possibilités offertes par l’impression 3D. »

Mélangeurs

En effet, de nombreuses pièces de cette machine sont réalisées par fabrication additive, à commencer par le système d’approvisionnement en poudre, qui compte à lui seul quatre composants imprimés. D’abord, citons les trémies de dosage. Il s’agit des réserves de poudre qui évitent toute rupture d’alimentation en poudre de la chambre de fabrication. Le design de ces pièces a été adapté de sorte qu’elles puissent être réalisées soit en fonderie, soit en fabrication additive, pour répondre à des besoins de temps d’approvisionnement courts.

A l’intérieur de ces trémies de dosage, on trouve une pièce qui est quant à elle systématiquement imprimée en 3D, quelle que soit la machine. Il s’agit d’une pièce chargée de maintenir la poudre en mouvement afin d’éviter toute agglomération qui pourrait interrompre la production. Pour cette pièce à la géométrie complexe, la fabrication additive était tout indiquée. D’autant qu’un plateau de fabrication standard de 350 x 350 mm permet d’imprimer une vingtaine de ces pièces, et donc de constituer rapidement des stocks de pièces de rechange sur cette référence

Fourreau pour vis de dosage

Juste en dessous des trémies de dosage se trouvent les vis de dosage, dont le rôle est de déposer la poudre de manière précise et uniforme à la surface des « tiroirs » qui transportent la poudre devant le dispositif d’étalement du lit de poudre. Ces vis de dosage sont installées dans un fourreau, également imprimé en 3D. « Ce système imprimé en une seule opération présente une alternative intéressante à son équivalent réalisé par fonderie, car il nous permet de tester rapidement de nouveaux designs sans surcoûts liés au développement de nouveaux moules d’injection. De plus, cette pièce monobloc ne nécessite plus d’opérations assemblage, et présente une meilleure étanchéité », commente Léopold Barry.

Rails

Autre élément essentiel du système d’approvisionnement en poudre : les rails sur lesquels coulissent les tiroirs chargés d’apporter la poudre dans l’enceinte de fabrication. Eux aussi sont fabriqués sur machines FormUp dans les ateliers d’AddUp. L’avantage ici est l’autonomie gagnée sur la gestion de cette référence, avec des délais d’approvisionnement raccourcis au maximum car la fabrication tout comme l’usinage sont réalisés en interne.

Optimisation topologique et intégration de fonctions

Support de caméra

Si les ingénieurs d’AddUp ont su utiliser la fabrication additive pour le système d’approvisionnement en poudre, qui est une des fonctions clés de la machine, ils ont fait de même pour certaines pièces plus simples, comme des supports pour caméras. Sur les FormUp 350 nouvelle génération, les deux caméras sont installées sur des supports imprimés. Premièrement, la caméra de prise d’images, qui réalise des photographies de fin de fusion et de fin d’étalement de poudre, est placée sur un support conçu par optimisation topologique. Cette technique consiste à utiliser un logiciel de simulation qui génère automatiquement une forme optimale pour la pièce, en utilisant la quantité de matière juste nécessaire pour assurer la fonction de mise en position de la caméra.

Support de caméra vidéo

Deuxièmement, le support de la caméra vidéo a été conçu en utilisant une autre possibilité offerte par l’impression 3D : l’intégration de fonctions. « Lors du développement des machines prototypes, nos équipes ont travaillé sur le refroidissement de cette caméra vidéo, qui est placée au-dessus de l’enceinte de fabrication, explique Léopold Barry. Nous avons conçu une nouvelle version de ce support, qui intègre à la fois la fonction de maintien en position de la caméra et la fonction de refroidissement. » Cette dernière fonction est assurée par des lamelles métalliques qui jouent le rôle de radiateur. Leur surface, impossible à réaliser par des techniques conventionnelles, présente une grande surface d’échange avec l’air ambiant, et évite toute surchauffe de la caméra.

Des pièces pour les machines de série, mais aussi pour les prototypes

Bloc hydraulique

AddUp a su tirer parti des possibilités offertes par la fabrication additive à tous les stades du développement de sa nouvelle machine, y compris lors des phases de prototypage. Elles ont été l’occasion de tester un nouveau type de bloc hydraulique. Cette pièce, chargée de distribuer le liquide de refroidissement dans la machine, a fait l’objet d’une étude de reconception complète. Ce qui était auparavant une imposante pièce de métal brut, percée de canaux rectilignes, est devenue un système optimisé, tant du point de vue de la masse que de la gestion des flux à l’intérieur des canaux. Et l’orientation des connecteurs permet de réduire l’encombrement des nombreux tuyaux. Des travaux sont toujours en cours pour améliorer encore la pièce avant de l’intégrer aux machines de série. En attendant, le travail sur ce bloc hydraulique et les tests réalisés en conditions réelles de fonctionnement font office de démonstrateur pour des industriels d’autres secteurs confrontés à des impératifs de réduction de masse sur des systèmes similaires.

Poignée de porte

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juillet 26, 2022 by Newsdesk

Développer un processus de production plus agile et sûr | Blog

La fabrication additive, ou impression 3D, est devenue un outil essentiel pour l’armée, car elle permet de réaliser des économies de temps et d’argent, d’améliorer la performance de la chaîne d’approvisionnement et de renforcer l’état de préparation opérationnelle.

Par ses promesses de réduction des coûts et des délais tout en améliorant la performance des produits et des supply chains, à l’instar des industries de l’aéronautique et de l’automobile, l’armée a recours à la fabrication additive depuis maintenant plusieurs années. Que ce soit pour fabriquer ou réparer des équipements, l’impression 3D se révèle, à de nombreuses reprises, être une méthode de production adéquate pour les forces militaires.

La technologie additive offre aujourd’hui des moyens plus efficaces pour produire des pièces détachées à la demande, améliorant alors les délais de fabrication et les flux d’approvisionnement.

Pour le moment, les applications les plus répandues dans le secteur militaire sont le prototypage, la fabrication de pièces et d’outillage, sans oublier les investissements en R&D.

En opérations extérieures, la capacité à durer des équipements, ou leur autonomie de manière plus générale, sont des propriétés et des qualités particulièrement recherchées par les forces pour l’engagement opérationnel ou le stationnement. Plusieurs axes de reflexion s’inscrivent dans cette direction, comme l’allègement des flux logistiques, sources de vulnérabilité, pour restreindre l’exposition des hommes à des menaces, tout en renforçant l’autonomie des forces mises en place.

Comment l’impression 3D permet-elle de préserver le maintien en condition opérationnelle des matériels à un niveau suffisant pour assurer la continuité des opérations et des missions essentielles ?

Pour le soutien opérationnel aux unités déployées, l’armée dépend de deux capacités majeures : la réparation et l’approvisionnement en pièces de rechange. Pour ces deux moyens, l’impression 3D représente un intérêt important permettant de gagner en autonomie et surtout en réactivité.

Le recours à la fabrication additive vise à renforcer et à accélérer les capacités de réparation et d’approvisionnement jusqu’aux échelons de soutien tactiques. À ce jour, les applications potentielles sont nombreuses et en voici quelques-unes. Tout d’abord, restaurer la capacité d’usage d’un véhicule, grâce à la production de pièces en mini-série au plus près du besoin tactique. Puis réduire les flux logistiques liés aux stocks d’approvisionnement, notamment durant une opération. Il est même possible de pallier une éventuelle rupture de stock ou une importante consommation de pièces de rechange, par exemple, en cas d’intense engagement militaire. Autre atout important, la fabrication additive permet aussi de produire des pièces qui ne seraient plus fabriquées pour diverses raisons : perte de maîtrise technique, obsolescence, plus de fournisseur ou manque de matières premières. De nouvelles pièces allégées aux géométries complexes, imprimées en 3D et qui bénéficient de très bonnes propriétés de solidité donc de durabilité car réalisées dans des matériaux innovants. Les équipements seront donc moins lourds à porter et auront une durée de vie supérieure. Par exemple, la production de pièces en structure lattices permet d’alléger un système mécanique tout en conservant voire améliorant sa résistance.  Enfin, l’impression 3D permet de pallier une éventuelle rupture de stock de pièces lors d’un engagement militaire intense qui demande une consommation plus importante que prévue.

Pour résumer, l’impression 3D métallique permet aussi bien de reproduire des pièces existantes pour réparer du matériel, que de créer de nouvelles pièces optimisées apportant une plus-value opérationnelle. La fabrication additive améliore la réactivité de la supply-chain et réduit l’inventaire, les risques d’obsolescence et les coûts globaux.

Produire au plus près des opérations

Le besoin constant des militaires en pièces d’entretien et de réparation pour des équipement lourds sur les théâtres d’opération, engendre des dépenses très importantes. La possibilité d’imprimer rapidement et au plus près de l’action les pièces nécessaires, permet des économies considérables en temps et coûts de production.

AddUp répond à un besoin récurrent des industriels de la Défense : fabriquer des pièces de rechange et des outillages directement sur le champ de bataille.

Des engins qui tombent en panne pendant les opérations, des équipements endommagés lors des combats, des réparations impossibles à réaliser en raison d’un outillage manquant… Sur le champ de bataille, le risque qu’un matériel soit indisponible est élevé. La fabrication militaire délocalisée est susceptible de se développer sur le long terme car elle ouvre la voie à de nouvelles approches concernant l’adaptation tactique du matériel militaire.

Dans le contexte des opérations militaires, la fabrication additive permet de déployer de petits lots de grandes plates-formes facilement accessibles aux services armés. Ces « usines mobiles » accessibles dans les bases opérationnelles sont idéals pour rapidement fabriquer des pièces de rechange ou adapter des équipements à proximité du champ de bataille.

Lisez à propos d’une étude de cas de la Marine nationale utilisant le FormUp 350 d’AddUp.

Produire partout…

AddUp est le premier fabricant de machines d’impression 3D métallique à proposer des unités de fabrication additive transportables. Grâce à AddUp Flex Care SystemTM, produisez des pièces à la demande au plus près de vos opérations. Ces unités autonomes en énergie peuvent fonctionner dans les zones les plus isolées et les environnements les plus hostiles. Elles embarquent une ou plusieurs machines de fabrication additive ainsi que des machines de post-traitement, afin de fournir des pièces finies, utilisables immédiatement. L’autosuffisance est sans aucun doute un avantage tactique lors d’opérations militaires car elle réduit en partie les coûts logistiques et la vulnérabilité aux attaques du camp adverse.

Après les conflits armés ou en situation de support aux populations en cas de catastrophe ou de reconstruction, la fabrication additive peut aider les communautés locales en facilitant la réparation et l’entretien du matériel stratégique.

Conclusion

Le secteur de la défense s’intéresse de près aux technologies de fabrication additive : aux différents procédés, à différents matériaux, aux moyens de production, etc. Nombreux sont les avantages tels que la maintenance des véhicules, la réparation de pièces en opération extérieures, mais aussi la production d’objets performants, optimisés, allégés, intégrant de nouvelles fonctionnalités, etc. Les cas d’applications militaires sont nombreux, allant de la recherche jusqu’à la phase de déploiement, avec l’élaboration de prototypes, d’outillages et de pièces fonctionnelles.

Filed Under: PBF, PBF

mai 9, 2022 by Newsdesk

Mélangeur statique imprimé en 3D et sans support – blog

Découvrez comment le dispositif de recouvrement à rouleaux d’AddUp et la distribution granulométrique plus fine des poudres (PSD) permettent d’obtenir des caractéristiques plus fines, une meilleure finition de surface et éliminent le besoin de supports lors de la production d’un mélangeur statique.

Écrit par: Nick Estock, directeur des applications et du développement commercial

La fabrication additive, comme tout procédé de fabrication, a ses forces et ses faiblesses. Tous les processus comportent généralement des étapes à forte valeur ajoutée et des opérations secondaires nécessaires qui sont la conséquence de leurs défauts. Le supportage est l’un de ces maux nécessaires de la fabrication additive. Les supports de structure font partie du processus mais n’ajoutent aucune valeur à la pièce finale. En fait, ils diminuent cette même valeur car les supports consomment du matériel et du temps machine et doivent ensuite être retirés après impression. Tout cela réduit la productivité et, en fin de compte, vous coûte de l’argent. Alors, éliminons-les ! (OK, disons plutôt, minimisons-les…).

AddUp, une coentreprise entre Michelin et Fives, a mis au point un système pour y parvenir. Michelin utilise lla fabrication additive (AM) depuis le début des années 2000, bien avant que je sache ce qu’était une imprimante 3D (nous n’avions pas d’imprimantes 3D ni même de smartphones lorsque j’étais au lycée). Michelin a d’abord utilisé cette technologie pour réduire le cycle de développement des inserts de moulage de ses pneus, appelés lamelles. Aujourd’hui, ils produisent plus d’un million de ces lamelles par an pour leurs moules de production. Les caractéristiques essentielles de ces lamelles imprimées en 3D sont les suivantes : une résolution allant jusqu’à 0,2 mm, des surplombs peu profonds pouvant aller jusqu’à 15 degrés et une qualité de surface pouvant aller jusqu’à 4 Ra μm.

Lorsque Michelin s’est lancé avec Fives dans l’impression 3D métallique, comment ont-ils réussi à atteindre un tel niveau de qualité ?  En développant la FormUp® 350, qui est la seule machine industrielle de fusion sur lit de poudre (PBF) à utiliser un rouleau en conjonction avec une distribution de la taille des particules de poudre plus fine.  Les technologies PBF habituelles utilisent une taille allant de 25 à 63 μm. La FormUp peut quant à elle gérer, distribuer et étaler efficacement des poudres jusqu’à 5-25 μm.  En utilisant des poudres plus fines et un rouleau, la FormUp obtient une meilleure densité de tassement sur son plateau de production, allant jusqu’à 70% de densité.  Combinez cela avec des paramètres ouverts de haute qualité et vous avez une recette pour construire des caractéristiques plus fines, de meilleures finitions et oui moins de supports, sans tracas et dès la sortie de machine !  Qu’est-ce que je veux dire par « dès la sortie de machine » ?  Je veux dire pas de sauce secrète, pas de paramètres spéciaux appliqués dans certaines zones et pas de ralentissement du processus.  Concevez-le, appliquez vos paramètres standards, chargez-le sur la machine et c’est parti !

Prenons un exemple, un mélangeur statique que notre équipe d’application a développé pour mieux illustrer ce point.

Qu’est-ce qu’un mélangeur statique ?

Voici la définition trouvée sur Wikipedia: 

« Un mélangeur statique est un dispositif de mélange en continu des fluides1. Ce dispositif permet de mélanger des liquides mais il peut aussi être utilisé avec des gaz ou pour mélanger un gaz et un liquide. Les dépenses énergétiques permettant de favoriser le mélange provoquent une perte de pression lors du passage du fluide à travers le mélangeur statique. »

En d’autres termes, il s’agit d’un tuyau dans lequel deux ou plusieurs fluides sont introduits et transportés à travers une série d’éléments « statiques » tels que des plaques ou des palettes pour homogénéiser les fluides à la sortie.  Pourquoi est-ce une excellente application pour les additifs ?  Parce que vous pouvez optimiser et personnaliser la conception pour toute application donnée.  Pourquoi un mélangeur statique est-il une pièce difficile à produire de manière additive ?  Parce que les éléments de mélange posent un problème lorsqu’ils sont imprimés selon les directives traditionnelles de l’AM.  Les directives de conception standard pour l’AM signifient que ces éléments devraient être imprimés à des angles de 45 degrés.  Cette limitation nécessiterait soit d’allonger la zone de mélange du mélangeur lui-même et/ou d’ajouter beaucoup plus d’éléments pour obtenir les performances souhaitées.  Dans les deux cas, vous ne tirez plus parti des avantages de l’additif et il ne reste qu’une pièce inefficace et coûteuse.

Mélangeur statique avec :Mélangeur statique AddUpStandard AM Guidelines (45˙ fins)Réduction
Hauteur totale305 mm654 mm53%
Matériel nécessaire738.5 cc1583.82 cc53%
Temps de construction88 heures, 32 minutes189 heures, 51 minutes53%

Le mélangeur statique AddUp a augmenté la productivité de 53 % !

Et si vous n’aviez pas cette contrainte ?

Le mélangeur statique présenté ici a été imprimé sans ces contraintes techniques. Nos ingénieurs ont conçu ce mélangeur avec des éléments aussi peu profonds que 25 degrés sans aucun support tout en obtenant un état de surface acceptable. De plus, ils l’ont conçu en moins de deux semaines et ont obtenu un rendement de premier ordre. Comment est-ce possible ? La configuration du rouleau et de la poudre fine d’AddUp, associée aux bons paramètres, offre de nouvelles libertés de design pour la technologie additive.

Comme le montrent les figures A et B, en utilisant un système de rouleaux avec une poudre plus fine, le système AddUp peut obtenir une réduction de la rugosité de surface d’environ 10 Ra μm pour tout angle upskin/downskin donné, par rapport aux à une poudre moyenne avec un système de mise en couche de type racleur. (Upskin : surface supérieure.. Downskin : surface inférieure).

EXPOSITION A

EXPOSITION B

N’oubliez pas que tout cela a été réalisé dès la sortie de la machine et sans aucun problème ! Il n’y a pas de paramètres spéciaux pour le downskin. Il n’est pas nécessaire de recourir à un développement avancé qui peut prendre des mois et d’innombrables heures d’ingénierie et de temps machine pour y parvenir. Ces résultats peuvent être obtenus à l’aide de nos paramètres standards. Chez d’autres fabricants de machines, les états de surface améliorés ou les inclinaisons extrêmes ont souvent pour conséquence de ralentir votre productivité. En effet, ils utilisent moins de puissance laser à une vitesse réduite pour obtenir de tels résultats, ce qui ralentit votre productivité. Cela introduit également des variables supplémentaires dans les propriétés mécaniques de votre pièce. Au lieu d’avoir un ensemble unique de paramètres, donnant un ensemble connu de propriétés mécaniques dans tout le volume de votre pièce, vous avez créé des zones qui peuvent potentiellement présenter des comportements différents. Le système AddUp obtient ces résultats grâce à une meilleure densité de remplissage de notre lit de poudre et à la configuration de notre rouleau à poudre fine.

Vous pensez que c’est trop beau pour être vrai ? Venez faire un essai chez nous ! Nous venons d’achever la rénovation de nos installations de Cincinnati, qui servent non seulement de siège social aux États-Unis, mais aussi de centre de démonstration technique. De la poudre à la pièce, notre atelier dispose de toutes les capacités pour réaliser des prototypes fonctionnels et même imprimer en 3D des pièces en série. Notre équipe est prête à accompagner nos clients, qu’il s’agisse de se lancer dans l’AM ou de réaliser une application industrielle clé en main.

Utilisez le formulaire ci-dessous pour nous parler de votre projet et nous vous montrerons la différence AddUp ! Nous attendons avec impatience l’opportunité de travailler ensemble.

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