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Académie de l’Air et de l’Espace Conférence technique : fabrication additive

AAE Mercredi 25 Mai 2016

Dr Thierry THOMAS, Directeur Safran Additive Manufacturing – Safran Tech

3trpd.co.uk

Echangeur thermique

ST

RA

TAS

YS

FESTO

FESTO


Présentation du groupe Safran

AAE 25 Mai 2016 Fabrication additive par Thierry THOMAS Safran

2 /


Répartition du chiffre d’affaires 2015

CHIFFRES CLÉS

2

Equipements aéronautiques

Défense

28 %

7 % 54 %

11 % Sécurité

Propulsion aéronautique

et spatiale

Chiffre d’affaires : 17,4 milliards d’euros

Résultat opérationnel courant : 2,4 milliards d’euros

Résultat net - part du Groupe : 1,5 milliard d’euros

56 %

15,4 %

Public

70,9 %

Autodétention / Autocontrôle

0,1 % Salariés

13,6 %


3 /

SAFRAN DANS LE MONDE

Au 31 décembre 2015

Europe

49 000 Amériques

14 200 Asie / Océanie

3 900 Afrique / Moyen-Orient

2 900

plus de 70 000 collaborateurs


Plus de 70 000 salariés dans plus de 60 pays

Plus de 7 700 recrutements en 2015

21 % des effectifs en Recherche & Développement et 50 % en Production

4,4 % de la masse salariale consacrés à la formation (France)

Plus de 1,6 million d’heures de formation dispensées par Safran dans le monde en 2015

RESSOURCES HUMAINES LES SOCIETES DU GROUPE

4 / AAE 25 Mai 2016 Fabrication additive par Thierry THOMAS Safran

LES SOCIETES DU GROUPE

• Snecma • Turbomeca • Herakles

• Messier-Bugatti-Dowty • Aircelle • Labinal Power Systems • Hispano-Suiza • Sagem

• Morpho

Propulsion Aéronautique et Spatiale

Sécurité

Equipements Aéronautiques

Défense

Dénominations susceptibles de modifications


6 /

PROPULSION AERONAUTIQUE

M88-4E 7,5 t

Rafale

Mirage F50

Atar 09K50 7,2 t

AlphaJet

Larzac® 1,4 t

(bizjets)

Silvercrest 4,5 t

EC145

Arriel 692 ch

NH90

RTM322

2 400 ch

PPS®1350 8 g

Satellites

200 N 20kg

A400M

TP400 11 000 ch

B737

CFM56-7B 10 t GE90-115B

52 t

B777

A380

GP7200 36 t

A340

CFM56-5C 15 t

HM7-B 6 t

Vulcain®2 130 t

Boosters MPS 650 t

Ariane 5 ECA

CFM56-5B 12 t

A320

M53 9,5 t

Mirage 2000

Superjet100

SaM146 7 t

N° 1 mondial • des moteurs d’avions civils de plus de 100 places • des moteurs d’hélicoptères

N° 2 mondial • des moteurs spatiaux à propulsion cryotechnique • des moteurs spatiaux à propulsion solide • de la génération de puissance électrique


7 /


EQUIPEMENTS AERONAUTIQUES

Systèmes d’atterrissage et de freinage

Nacelles et inverseurs de poussée

Câblage

N° 1 mondial • des systèmes d’atterrissage et de freinage • des roues et freins carbone pour les avions civils • des systèmes d’interconnexions électriques

aéronautiques • des transmissions de puissance

Transmissions de puissance

Freins carbone


8 /


SAFRAN, PARTENAIRE DES GRANDS PROGRAMMES AERONAUTIQUES (1/2)

BOEING 737NG et 737MAX AIRBUS A320 and A320 Neo

COMAC C919 Sukhoi SUPERJET


9 /


SAFRAN, PARTENAIRE DES GRANDS PROGRAMMES AERONAUTIQUES (2/2)

AIRBUS A380

AIRBUS A350

BOEING B787

AIRBUS H160


10 /


SAFRAN, PARTENAIRE DES GRANDS PROGRAMMES AERONAUTIQUES MILITAIRES

RAFALE

AIRBUS A400M

N° 4 mondial • des moteurs d’avions militaires


11 /


DEFENSE

OP

TR

ON

IQU

E (

Pro

gra

mm

e F

EL

IN)

N° 1 européen • des drones tactiques • des systèmes optroniques

N° 3 mondial • des systèmes de navigation inertielle

SPERWER

Sperwer (SDTI) : drone tactique En service opérationnel dans 4 pays

PETROLER Drone de surveillance longue endurance

pour la défense et la sécurité


12 /


SECURITE

2 technologies de pointe :

• L’identification biométrique

• La détection des produits illicites et dangereux

SECURITE AUX FRONTIERES : Une offre intégrée unique pour sécuriser l’embarquement des passagers

et de l’équipage, et l’accès aux zones de sûreté

Identification biométrique => Accréditation du personnel => Contrôle d’accès => Contrôle d’identité des passagers

Détection => Détection passagers => Détection à l’embarquement => Détection tomographique des bagages

N° 1 mondial


13 /

Autodirecteur MICA Aube fan RTM tissées 3D

Frein carbone à commande électrique

Gyroscope résonnant hémisphérique

Equipements Félin

Reconnaissance biométrique

Contrefiche composite 3D train B787

Tuyère, chambre et aubes de turbine en matériaux CMC

Inverseur A380 à commande électrique

Simulations complexes

Caméra thermique

Ventilation A380

L’INNOVATION AU COEUR DE TOUS LES PRODUITS DU GROUPE Technologies - architectures - procédés

RECHERCHE & ENVIRONNEMENT RECHERCHE & ENVIRONNEMENT


- 80 %

NOX CO2 Bruit * Par rapport aux avions en 2000

- 50 % - 50 %

VERS UNE PERFORMANCE DURABLE

70 % du budget R&D Safran est dédié au progrès de l’impact du transport aérien sur l’environnement

Objectifs ACARE 2020* (Conseil Consultatif pour la Recherche Aéronautique en Europe)

RECHERCHE & ENVIRONNEMENT


UN ENGAGEMENT FORT DE SAFRAN

Safran s’investit dans toutes les initiatives collaboratives visant à accélérer l’atteinte des objectifs établis par l’ACARE

Safran est membre du CORAC, Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile, créé dans le cadre du Grenelle de l’environnement pour coordonner les efforts de recherche en France

Safran est engagé dans le programme de recherche Clean Sky (Joint Technology Initiative), financé par la Commission Européenne et l’Industrie

organisation structurante européenne en matière de recherche aéronautique doté d’un budget global de 1,6 milliard d’euros sur 7 ans ayant pour objectif la mise au point de technologies innovantes et en rupture ouvrant la voie à des

développements de systèmes de transport aérien respectueux de l’environnement comportant des essais de validation à grande échelle

15 /

RECHERCHE & ENVIRONNEMENT


AU CŒUR DE LA STRATÉGIE

Dépenses en R&D : plus de 2 milliards d’euros en 2015, soit près de 12 % du chiffre d’affaires

La R&D mobilise 21 % des effectifs du Groupe, et 185 doctorants travaillent chez Safran

Plus de 900 brevets prioritaires déposés par Safran en 2015 (n°2 en France)

16 /

RECHERCHE & INNOVATION



La fabrication additive


18 /


PLAN

Introduction Contexte Généralités

La fabrication additive – Point de vue industriel Applications Technologies et matériaux Cibles d’industrialisations

La fabrication additive – Point de vue technique Briques technologiques Du prototype au monde industriel Atouts et limites

Conclusion


19 /


FABRICATION ADDITIVE - GÉNÉRALITÉS

Contexte

La fabrication additive : de plus en plus présente à travers le monde, c’est une

ramité industrielle et non plus un outil de prototypage

Barack Obama, Février 2013 : « 3D Manufacturing has the potential to revolutionize the way we manufacture almost everything »

Des développements très importants en Europe (France, UK, Allemagne), Japon et Chine


20 /


FABRICATION ADDITIVE : QQ CHIFFRES

En quelques chiffres : US$ in Millions

Years

+24,1%

+29,4%

+34,9%

+32,7%

Worldwide Additive Manufacturing Product & Services

Product

Services

Source : Wohlers 2014

AM products : AM system, system upgrades, materials, aftermarket products Services : Service providers, system maintenance contracts, trainings, seminars, conferences,


21 /


FABRICATION ADDITIVE - GÉNÉRALITÉS

Historique Stéréolithographie dans les années 1980 1984 :1er brevet (français !) Fin des années 90 : 1ère technologie métallique

Principe de fonctionnement

« Slicing »


22 /


PLAN




Conclusion

Injecteur – Arrano SAFRAN Helico Engine Turboméca


23 /


APPLICATIONS

Décoration, prototypes, jouets

Sport

Mode

Dentaire

Médical

Automobile

Aérospatial

Bijouterie

http://3dprint.com

tctmagazine.com - AIRBUS

prodways.com

fabricatingandmetalworking.com

eos.info

Architecture

Aéronautique

Alimentaire

General Electric


24 /


APPLICATIONS AÉRONAUTIQUES - SAFRAN

© Rémy Bertrand, TURBOMECA, SAFRAN

Injecteur – Arrano Turboméca

Redresseur Snecma

Compresseur Bloc hydraulique

Messier-Bugatti-Dowty

Aube HPT « e-APU » Microturbo


25 /


TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX

Source : ISO 17296-2:2014E

7 familles de procédés Matériaux Exemples

matériaux Catégories de procédés

Polymérisation Jet de matière

Jet de liant

Fusion sur lit de poudre

Extrusion de matière

Déposition de matière

Lamination de feuille

Thermodurcissables

Exposies et acrylates

X X

Thermoplastiques

Polyamides, ABS, PPSF

X X X X X

Bois Papier X

Métaux Aciers, alliages de titane, d’aluminium, chome cobalt

X X X X

Céramiques Alumina, zircon, silicone, nitride

X X X X

Structures céramiques

Ciment, sable de fonderie

X X X

Note : Des combinaisons des matériaux ci-dessus, (type composites) sont possibles


26 /



Technologies « Polymères »

Fused Deposition Modelling (FDM) Polyjet (impression 3D) Selective Laser Sintering (SLS)

Continuous Liquid Interface Construction (CLIP) Stéréolithographie Apparatus (SLA) 3dilla.com blogs.gartner.com

3daddfab.com custompartnet.com custompartnet.com


../Documents/FAB ADD/VIDEO/3D Printing an Eiffel Tower in under seven minutes - Carbon3D.mp4

27 /


CONTINUOUS LIQUID INTERFACE CONSTRUCTION


28 /



Machines FDM

MakerBot Replicator Modèle « Grand Public »

Stratasys Fortus 900mc Modèle industriel


29 /



Technologies « métalliques » Technologie lit de poudre

Laser Beam Melting

Electron Beam Melting


30 /



Machines eos (M280) Dimensions max pièces = 400 x 400 x 400 mm (eosM400)

Machine ConceptLaser (Xline 1000R) Dimensions pièces = 600 x 400 x 500 mm

Machines Renishaw (AM250)

Machines SLM

Majorité des machines : 250 x 250 x 250 mm


31 /


EBM : ELECTRON BEAM MELTING

28 avril 2016- UTT / Conférence technique fabrication additive AAE 25 Mai 2016 Fabrication additive par Thierry THOMAS Safran

32 /



Technologies « métalliques » Direct Metal Deposition (DMD)


../../../Desktop/Fonctionnement Buse BeAM.avi

../../../Desktop/Fonctionnement machine BeAM.mp4

../../../Desktop/Rechargement LMD.wmv

33 /



Technologies « métalliques » Metal Injection Molding (MIM)

Cold Spray


34 /



Technologies « métalliques » Metal Injection Molding (MIM)


35 /


Autres technologies Binding Jetting

Machine VoxelJet

Machine ExOne



36 /



Matériaux

Thermoplastiques type : • ABS • PEEK • Polyamide / nylon • Polyamide fibré (verre,

aluminium, carbone …) • Polycarbonate • PPSF/PPSU • ULTEM™ (PEI)

Polymères

Type caoutchouc

additivemanufacturing.com - SABIC

cadvision.fr


37 /



28 avril 2016- UTT / Conférence technique fabrication additive

Matériaux

Or et autres métaux précieux

Métaux

Base nickel et base cobalt

Titane

Alliages d’aluminium

ipmd.net © Rémy Bertrand, TURBOMECA

3ders.org - Arup

Aciers (Inox, Maraging)

3trpd.co.uk

Cuivre

Béton Papier

mcortechnologies.com

Sable

voxeljet.de

Autres

Porte-fusée (automobile) Injecteur

Echangeur thermique Pendentif

Structure lampadaire Prothèse de fémur

Moule de fonderie


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Simple Part

Complex Part

Small parts

Big Parts

Projection laser

Frittage laser

M.I.M.

ISOPREC

L. O. M.

LBM / EBM

MIM*

Complex Tooling

No Tooling

One part Big serial

M.I.M.

ISOPREC

L. O. M.

MIM*

Contraintes techniques

Projection laser

LBM / EBM

Contraintes géométriques

Prototyping

Projection laser

net shape

Function addition; Repair

near net shape

CIBLES D’INDUSTRIALISATION

SPS

SPS


39 /


CIBLES D’INDUSTRIALISATION

Coût peu sensible à la taille de la série

Fonctionnalisation, personnalisation et complexité disponible quasi sans coût

Propice pour l’industrie aéronautique et aérospatiale !

Coût – Série et Fonctionnalité


40 /


LES ENJEUX FA POUR SAFRAN

Spare, Réparations & re-industrialisations (OOPS)

Outillages, pièces supports, instrumentations, FTI

Réduire « Time to Market » Changement rapide

et personnalisation

Petites séries incluant l’Espace

Fonctions complexes

Innovation, intégration de fonction Breakthrough


41 /


LES ENJEUX FA POUR SAFRAN

Innovation et intégration de fonctions

Microturbo APU Engine 100% AM

BionicANTs: les fourmis robots de Festo


42 /


R&T : MAÎTRISER LES BRIQUES TECHNOLOGIQUES

Poudre / Matériau Nouveaux alliages adaptés Supply Chain Qualification Conception

Optimisation topologique Conception vs Production Conception vs coût Approche fonctionnelle Certification

Post-fabrication Traitement thermique Usinage et finitions

CND Défauthèque Performance CND

Contrôle procédé & simulation Automatisation Contrôle procédé en temps réel Simulation du procédé Optimisation du procédé

DM part Polished Part Final part


43 /


PLAN




Conclusion

Redresseur Snecma : INCO718

Turbine Vane Turbomeca nickel

based alloy


44 /


BRIQUES TECHNOLOGIQUES

Conception - Adaptation aux contraintes de fabrication - Optimisation topologique

Préparation - « Slicing » - Organisation sur le plateau - Préparation de la machine

Fabrication

- Suivi - Contrôles in-situ - Contrôles procédé

Post-Traitements - Usinage - Traitements thermiques - Traitement de surface

Contrôles

- CND - Contrôles destructifs

De la conception à l’industrialisation


45 /


DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL - CONCEPTION

1ère étape :

Garder la définition, substituer le procédé

- Iso-design - Propriétés mécaniques - Sans outillages

3ème étape :

Nouvelle définition pour améliorer les performances

- Optimisation topologique - Optimisation fonctionnelle - Nouveaux matériaux

Exploiter le potentiel de la fabrication additive en terme de conception

HP Vane

2ème étape :

Re-concevoir pour réduire les coûts et le cycle

- Adaptation de la géométrie - Intégration de fonctions - Multi-fonctions

LSPH Vinci Collector

Injecteur Tourbilloneur

TURBOMECA


46 /


Optimisation topologique Consiste à trouver la répartition de matière idéale dans un volume donné soumis à

des contraintes

Méthode SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) Densité d’élément varie entre 0 et 1

0 : Pas de matière 1 : Matière

[ Julie Quérois –– AIRBUS ]



47 /


Structures lattice et structures poreuses Beaucoup de potentiel mais aussi beaucoup d’obstacles Optimisation des performances (thermique, mécanique, géométrique…)



48 /


DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL – PRÉPARATION ET FABRICATION


49 /


Usinage Séparer les pièces du plateau Retirer de support Atteindre les cotes

Traitements de surface

Retirer les poudres résiduelles Améliorer l’état de surface

Traitements thermiques Relâcher les contraintes résiduelles Atteindre des propriétés mécaniques

Développer des moyens adaptés à la fabrication additive

DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL – POST-TRAITEMENTS


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Développer des moyens de simulations De la poudre aux pièces

Développer les moyens de contrôles In-situ Post-fabrication

Destructif Non destructif

Mettre en place : Une défauthèque Une base de données matériaux

DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL– CONTRÔLES

Simulation multi-échelle pour prévoir le comportement métallurgique


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DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL

Certifier les pièces

Assurer la chaîne d’approvisionnement Évaluer les capacités/compétences actuelles Donner de la visibilité aux partenaires sur les attentes futures Accompagner leur développement et leur montée en compétences

Adresser aux fournisseurs Des qualifications procédés Des spécifications matériaux (poudre) Des spécification de post-traitements et de finitions Des exigences de contrôles (détection de défauts et contrôle du procédé)


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ATOUTS ET LIMITES

Développement Production série Après vente • Gain de masse • Augmentation des performances • Fonctionnalisation • Prototypes

A travers 3 grandes phases

• Complexité « gratuite » • Pas d’outillages • Alternative • Gain de temps • Dimensions limitées • Volumétrie très limitée • Dangers liés à l’utilisation de poudre • Post-traitements

• Retrait des supports • Contraintes résiduelles • Etat de surface

• Agilité et flexibilité • Réduction du lead-time pour

rechange • Réparation • Contrefaçon • Contraintes de fabrication

La fabrication additive n’est pas une réponse à tout ! Mais son potentiel est énorme pour peu que nous amenions nos équipes à réfléchir autrement…….


53 /


CONCLUSION

Fabrication additive : nouvel outil complémentaire ! Toujours étudier le rapport bénéfices/coût

Grandes ambitions dans le monde industriel

De nombreux verrous restent encore à résoudre

La chaîne numérique et sa maitrise sont primordiales

La chaîne industrielle n’est pas encore établie mais elle démarre

Certifications et normalisations en cours, un enjeux de premier ordre …
