vérifiez vos hypothèses, développez votre matériel d’expérimentation grâce à l’additive...
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Laurent Voets, Business Developer Additive Manufacturing, Sirris
Mardi 12 avril
Vérifiez vos hypothèses, développez votre matériel d’expérimentation grâce à l’additive manufacturing.
Liege Creative, en partenariat avec :
13.04.16 © sirris | www.sirris.be | [email protected] | 1
L’Additive Manufacturing à votre service!
Vérifiez vos hypothèses, développez votre matériel d’expérimentation grâce à l’additive manufacturing
Laurent Voets Business developer
13.04.16 © sirris | www.sirris.be | [email protected] | 2
Grands principes des fabrications additives:
Fabrication par addition
de matières ≠
Fabrication
soustractive
Transformer un
processus 3D en une
succession de
processes 2D
3D CAD File 3D STL File Sliced File
(…)
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Suivant les nouvelles normes ASTM, l’ensemble des procédés de fabrications additives est maintenant classé et subdivisé en 7 catégories:
1. Material extrusion: the material is selectively dispensed through a nozzle or orifice.
2. Material jetting: droplets of build material are selectively deposited.
3. Binder jetting: a liquid bonding agent is selectively deposited to join powder materials.
4. Sheet lamination: sheets of material are bonded to form an object.
5. Vat photopolymerization: a liquid photopolymer in a vat is selectively cured by light-activated polymerization.
6. Powder bed fusion: thermal energy selectively fuses regions of a powder bed.
7. Directed energy deposition: focused thermal energy is used to fuse materials by melting as the material is being deposited
Fabrication additive
Classification officielle des procédés
1 2 3 4 5 6 7
Polymère
Métal
Céramiques
13.04.16 4 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Autres…
Situation des fabrication additive: Les matériaux
Polymère
Métal
Céramique
Bois Béton Papier Cire “Food” Glace Le vivant
ABS, PC, PC-ABS, ULTEM,PPSF, PLA, TPE, PMMA, PEEK, PS, PP, PU, PA, PA chargé, … + les « like » : résines thermodures, flexibles, …
Acier, Inox, Maraging, Inconel, Titane et alliages (Ti6Al4V,…), Aluminium… Bronze, …
Attention, liste non exhaustive et en constante évolution !
Alumine, Alumine Zircon,…
Etc…
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Copie (échelle 1) d’une œuvre architecturale - Voxeljet
Northwestern Polytechnical University of China
https://localmotors.com/3d-printed-car/
5 m
Fabrication additive :
Dimensions des équipements
Nanoscribe GmbH
Dimensions du nano au macro !!!
Le prix à payer pour acquérir le 3D Printing
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Equipements particuliers / LowCost
de +/- 300,00 € à 3000,00 €
Equipements particuliers / semi-professionnels
… de +/- 10000,00 € à 20000,00 €
Equipements professionnels
… jusqu’à … +/- 1200000,00 €
Polymère fil : 10 – 400 k€
Polymère résine : 10 – 600 k€
Métal poudre : 160 – 1.200 (1.500) k€
Céramique pâte : 220 k€
Empilement de feuilles : 35 – 50 k€
13.04.16 7 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |
De l’outil de prototypage …au moyen de fabrication sans outillage!
Un potentiel technologique au service de l’innovation du produit
final:
Intégration de fonctions
Réduction du nombre de composants
Produit plus complexe sans suppléments de coût de
production
Customisation des fabrications et souplesse d’évolution
Allègement des pièces (structures lattices, corps évidés)
Porosité sur forme 3D
Amélioration des performances
Multi-matériaux… au plus près du besoin.
Meilleur efficacité sur le plan écologique
Pourquoi utiliser les fabrications additives ?
Une gamme de matériaux encore à étoffer.
La précision est encore inférieure aux procédés « conventionnels »
….nécessité de reprise mécanique ou post-traitement.
Etat de surface en sortie machine …post-traitement !
Une normalisation adaptée (en cours)
Le prix des équipements / investissement.
Compromis rapidité / taille machine …limitant les applications aux
« petites » séries.
MAIS aussi, la nécessité de former, informer les entreprises, les
bureaux d’étude, les chercheurs …pour apprendre à concevoir du
« Made for ADDITIVE MANUFACTURING »
13.04.16 8 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Les limites actuelles:
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Les besoins rencontrés par les chercheurs
dans leur travail quotidien:
• Concrétiser les idées dans des dispositifs physiques de laboratoire
• Disposer rapidement de dispositifs de tests et de faisabilité
• Réaliser des démonstrateurs
• Visualiser certains phénomènes, des idées, des concepts, …
• Disposer d’outils pédagogiques, didactiques !
• … dans des délais et des budgets raisonnables !
Les moyens « traditionnels »
Usinage, pliage, …
Réalisation d’outillage, de
moule, …
parfois du « bricolage » …
avec leurs limites.
Pas toujours adaptés à des
pièces uniques et complexes
…
Une alternative adaptée:
Les fabrications additives
De la CAO à la pièce sans
outillage !
Adaptées à la pièce unique,
customisée !
Potentiel de formes et de
designs quasi sans limites
Délai court.
Rapport prix/résultat
…
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Les fabrications additives, un outil précieux
pour les chercheurs !
Comment?
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Modélisation, maquettes
de simulation
Projet:
Définition numérique des éléments pour une
fabrication additive.
Réalisation de la maquette par 3D Printing
polymère (Connex 500)
2 matériaux et finition.
Résultats
Une maquette conforme aux attentes et objectifs
du projet (mise en pression, finition, précision, …)
Délai court
Demande/besoin:
Disposer d’une maquette performante avec une tenue mécanqiue suffisante pour réaliser des essais en soufflerie destinés à optimiser des éléments de moteurs d’avion.
Garantir sur la maquette une bonne précision en 3D.
4/13/2016 14
Demande / besoin : Modèles pour tests de
soufflerie destinés à valider un soft de
simulation.
Projet:
Réalisation en PA fritté de 2 cyclistes (échelle ½)
Intégration des capteurs dans les modèles
Délai : +/- 8 jours.
Comparaison de résultats « position Chrono et
classique» + validation du soft de simulation
Détail du Capteur (+/- 100 sur chaque modèle)
Validation simulation
aerodynamique
K.U.Leuven
Date : 17/11/2008
Testés en soufflerie au Pays Bas (Marknesse)
4/13/2016 15
Hummingbird-like flying robot
ULB - Active Structures Laboratory
Demande / besoin : étudier et réaliser des « micro air
vehicles » optimisés, basés sur le modèle des oiseaux.
>> besoin de composants en polymère légers et complexes
sans passer par des outillages coûteux.
Projet:
Impression des composants par AM (Connex 500 en matériau DM-
ABS).
Délai court: 2 jours
Design avec de très faibles contraintes > liberté de design
Pitch and roll control mechanism for a hovering flapping wing MAV M. Kar´asek, A. Hua, Y. Nan, M. Lalami, and A. Preumont - Universit´e libre de Bruxelles, Belgium
http://scmero.ulb.ac.be/project.php?id=6&page=index.html
4/13/2016 16
Des robots inspirés de la cigale d'eau
Université de Bristol
Demande / besoin : créer un robot autonome qui se
déplace à la surface des lacs et des étangs pour surveiller
l'environnement et les systèmes d'assainissement des eaux.
>> biomimétisme : modèle de la cigale d’eau
>> besoin de fabriquer le robot / rames en bimatière
Projet:
Impression des « rames » par AM en bimatière: structure
rigide avec des membranes en matière flexible (rubber
like).
4/13/2016 17
Etude sur les insectes pollinisateurs
A.L.Gauthier, chercheuse
UCL - Earth and Life Institute
Demande/besoin: étudier le comportement d’insectes
pollinisateurs sur des modèles de fleur (Aconit) représentatifs.
>> besoin d’avoir des modèles d’étude conformes (géométrie,
odeur, ..)
Projet:
Scanning d’une fleur et modélisation 3D
Impression des modèles par AM dans 3 résines différentes
par jetting et dans un alliage de titane par frittage laser
4/13/2016 18
Etude de la veuve noir
Duke University
Demande/besoin:
Etudier et comprendre la signification de la marque
rouge sur l’abdomen de la veuve noire et son effet
sur les oiseaux et les insectes.
>> Besoin de modèle d’étude
Projet:
CAO réalistes extraites de jeux video et impression 3D de 8 modèles d'araignée les unes avec
la marque rouge, les autres sans. Ces artefacts ont été placés dans les arbres de différentes
façons dans des mangeoires
Résultats:
Les chercheurs ont pu montrer que les oiseaux étaient 3x moins enclins à s'approcher pour se
nourrir auprès des veuves noires marquées que des araignées complètement noires et qu'ils
étaient même effrayés à leur vue. Ils ont également prouvé que le signal rouge tourné vers le
haut dissuadait les oiseaux volant par-dessus, mais pas les insectes rampants approchant vers
le bas.
http://beheco.oxfordjournals.org/content/early/2016/02/25/beheco.arw014
4/13/2016 19
Etude de la marche d’un dinosaure Drexel researchers
Découverte - 2014
Scan + modélisation
3D Printing
Assemblage
Etude du mouvement
https://newsblog.drexel.edu/2016/02/15/how-to-build-a-flexing-robotic-dinosaur-limb-in-seven-easy-steps/
4/13/2016 20
Analyser des lézards préhistoriques
emprisonnés dans l'ambre American Museum of Natural History - Floride
Demande/besoin:
Analyser et étudier sans les détruire des morceaux
d'ambre (vieux de plus de 75 millions d’années)
contenant des spécimens fragiles de geckos.
>> besoin d’extraire la géométrie des fossiles et les
matérialiser pour les étudier.
Projet:
Utilisation d’un micro-CT scan pour recueillir les
données puis modélisation des lézards.
Impression en 3D pour recréer les éléments de leur
anatomie.
Résultats:
Modèles représentatifs des fossiles permettant de les
étudier en détails et de les comparer avec les animaux
actuels.
http://advances.sciencemag.org/content/2/3/e1501080.full
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Demande/besoin:
Reconstruction 3D du conduit vocal basé sur des MRI (5 voyelles anglaises chantées)
Simulation de comportement sur un dispositif avec générateur de fréquence
>> besoin de prototypes fonctionnels
Projet:
Selection du procédé AM adapté et choix des matériaux
Définition du mix materiau rigide/flexible
Adaptation du fichier et impression 3D (Connex 500)
Resultats:
Des prototypes totalement fonctionnels pour tests.
Compromis parfait entre flexibilité et rigidité.
Objectifs: outils pédagogiques; sorties acoustiques et
spectrales pour l’étude de pathologies vocales.
Vocal tract simulation
Bertrand Delvaux & University of York
4/13/2016 22
Etude du fonctionnement des
artères du coeur humain Université de Melbourne
Demande/besoin:
Modélisation 3D et impression de morceaux d’artère
Projet:
Combinaison de l’imagerie médicale, modélisation et
impression 3D des modèles pour mieux comprendre le
fonctionnement des artères du coeur humain.
Résultats:
Nouvelles informations sur la formation et la
déformation des artères en répliquant les vaisseaux des
patients pour préparer des interventions chirurgicales
sensibles.
4/13/2016 23
Impression de tissus
vascularisés complets
Harvard (SEAS) et Institut Wyss .
Développement de techniques d'impression de tissus vascularisés complets avec une matrice, des cellules souches et des canaux de circulation qui transportent les fluides et nutriments nécessaires à la croissance cellulaire.
Moule en silicone imprimé avec intégration d’une grille de canaux vasculaires; impression d’une encre avec des cellules, encre auto-supportée et assez résistante pour soutenir les couches suivantes. Avec ce système, les piliers verticaux des vaisseaux sont imprimés aux intersections de la grille et forment un réseau de conduits dans le tissu. Les conduits ouverts sont remplis d'un liquide constitué de fibroblastes et d'une matrice extracellulaire. La structure de tissu mou est reliée à une entrée et une sortie et les éléments nutritifs sont pompés à travers.
4/13/2016 24
Visualisation de données de
simulations astrophysiques NASA et d'autres instituts de recherche
Demande/besoin:
Etudier la structure interne de la nébuleuse de l'Homunculus
et l'étoile hypergéante variable Eta Carina ainsi que
l'interaction entre les vents stellaires dans son orbite.
Les ondes de choc générées à l'intérieur de la nébuleuse et
les structures qu'elles créent peuvent absorber le
rayonnement et l'empêcher d'atteindre la Terre
Projet:
Impression 3D du résultats des simulations grâce à une imprimante MakerBot
Replicator 2X .
Résultats:
Le modèle physique imprimé procure une meilleure vision de la nature de la
nébuleuse, de l'onde de choc et une meilleure perception des échelles (par
exemple des distances entre les composants du système).
4/13/2016 25
Etude de structures organisées
bioinspirées pour des matériaux plus
résistants et plus légers Université de Caroline du Nord, Universités Northeastern de Boston, d'Oxford et de Lyon
Projet:
Calcul, simulation et essais sur des
structures imprimées en 3D.
Essais et comparaison sur les modèles
imprimés.
Demande/besoin:
Combiner structures organisées et fractales
Etudier comment évoluent les propriétés
mécaniques en fonction des structures et de
leurs combinaisons.
>> obtenir des échantillons d’essais.
4/13/2016 26
Modèles mathématiques en 3D
« La chose »
Question:
« Quel est le lieu des points de l'espace
dont la somme des distances à deux
droites sécantes données est une
constante donnée ? »
Réponse: « une équation du quatrième degré à trois inconnues! »
Et une impression 3D (SLS) du modèle permet de la visualiser
21/06/2007 © sirris 2007 | www.sirris.be | [email protected] | 27
AWPA - musée d’Onoz
Demande: 2 squelettes complets de l’homme de
Neandertal sur base de scans fournis par AWPA
(Paléolithique moyen – 250.000 à 28.000 av JC)
Projet:
Réalisation de 2 squelettes en PA fritté (10 jours)
Le premier est exposé. Le deuxième a servi
d’ossature pour un « habillage » permettant de
visualiser l’homme tel qu’il était vivant
décembre 2010
4/13/2016 28
Matérialiser l’immatériel
grâce au 3D printing
Objectif:
Imprimer l'atmosphère d'un lieu en le visualisant en 3D:
Fabmob est un projet lancé par deux architectes français. (Kickstater)
« saisir l’ environnement à partir d'informations aussi bien dans l'immatériel, l'impalpable et l'invisible que dans le physique et le matériau. » Transformer les données capturées en une représentation mathématique en 3D. Une fois la forme générée, elle est imprimée de sorte qu'on peut réfléchir à l'atmosphère ainsi capturée.
http://fabmobs.com/
4/13/2016 29
Modèles pédagogiques
Souce: Stratasys
Souce: Stratasys
Besoins:
Visualiser, expliquer des concepts
4/13/2016 30
Dispositifs customisés
Demande:
Obtenir rapidement, sans outillage, des
dispositifs de tests, de fixation, de manipulation
…
Exemple:
Impression bi-matière de préhenseurs pour robot
spécifiques à une application.
Délai très court (moins de 5 jours) et pièces
parfaitement adaptées à l’application.
Prix compétitif sans outillage.
Sirris
13.04.16 31 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Dispositifs customisés
Simplifiez-vous la vie grâce à l’additive manufacturing!
Demande:
Obtenir rapidement, sans outillage, des
dispositifs de tests simples , des fixations,
des manipulateurs …
Solution:
Une imprimante 3D de bureau simple et
bon marché dans votre labo.
CONCLUSIONS
13.04.16 32 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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Recherches Additive Manufact.
+32 (0) 498 91 93 86
Laurent VOETS – Business Development
13.04.16 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Laurent.voets
MERCI POUR VOTRE ATTENTION
http://www.sirris.be
#sirris
http://www.linkedin.com/company/sirris
13.04.16
http://techniline.sirris.be
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