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Article

1 - PRINCIPE DE LA FABRICATION ADDITIVE

2 - CHAÎNE NUMÉRIQUE DE LA FABRICATION ADDITIVE : DU MODÈLE AU PRODUIT

3 - TRIPTYQUE MATÉRIAUX/ PROCÉDÉS/MACHINES EN FABRICATION ADDITIVE

4 - ÉVOLUTIONS LIÉES À LA FABRICATION ADDITIVE

  • 4.1 - Processus de conception
  • 4.2 - Émergence d’un nouvel écosystème

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BM7017 v2

Évolutions liées à la Fabrication Additive
Fabrication additive - Principes généraux

Auteur(s) : Floriane LAVERNE, Frédéric SEGONDS, Patrice DUBOIS

Relu et validé le 02 juin 2023

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RÉSUMÉ

La Fabrication additive (FA) a pris une ampleur considérable depuis quelques années. Le passage progressif des activités de prototypage vers celles de fabrication directe de pièces fonctionnelles remet en cause les méthodes de conception et de fabrication traditionnelles, fondées sur les procédés conventionnels. Cet article fait le point sur les différentes technologies de FA et leurs champs d'utilisation tout au long du cycle de vie du produit. Les diverses applications industrielles sont décrites au travers d'exemples issus de secteurs technologiques de pointe.

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Auteur(s)

  • Floriane LAVERNE : Professeur agrégé, PhD - Université Paris 13, Saint-Denis, France

  • Frédéric SEGONDS : Maître de conférences, HDR - Laboratoire Conception de Produits et Innovation (LCPI), Arts et Métiers ParisTech, Paris, France

  • Patrice DUBOIS : Maître de conférences - Laboratoire Conception de Produits et Innovation (LCPI), Arts et Métiers ParisTech, Paris, France

INTRODUCTION

Depuis le début des années 1980, le déploiement de la révolution numérique impacte directement notre quotidien : mondialisation accrue des marchés, concurrence exacerbée imposant aux entreprises une réactivité optimale, et une capacité d’adaptation constante au renouvellement des produits et des services.

Ainsi, afin de conserver et/ou d’acquérir de nouvelles parts de marché compte tenu du taux de renouvellement accéléré des produits, les entreprises doivent :

  • maîtriser leurs coûts ;

  • améliorer constamment la qualité de leurs produits/services ;

  • réduire drastiquement leurs délais de développement et de mise sur le marché.

Pour répondre à ces critères essentiels de réussite, les entreprises s’adaptent en permanence à de nouveaux environnements externes et doivent intégrer au sein de leur processus de conception (et de leur organisation) les technologies issues de l’évolution numérique.

Le premier brevet en lien avec la Fabrication Additive (FA) déposé par l’équipe de Jean-Claude André déclenche une révolution dans le domaine des procédés de fabrication et par extension dans le domaine de la production. D’un premier fabricant en 1986 (3D Systems), on comptabilise une cinquantaine de fabricants de machines en 2015. Récemment on observe un phénomène de regroupement de certains de ces acteurs dans le but de devenir des groupes leaders sur l'ensemble du marché de la Fabrication Additive.

La FA impacte actuellement tous les domaines de l’industrie et notamment les industries automobile, aéronautique et médicale.

Durant les premières années de la FA (années 1990 à 2000), les applications concernent essentiellement les phases amont de la conception de produits : maquettes d’aspect, maquettes fonctionnelles, prototypes technologiques mais aussi l’exploration de la conception d’outillages dits « rapides ». Ce n’est qu’à partir des années 2010 que l’on peut considérer la maturité des procédés telle qu’elle permet une production en série de pièces manufacturées.

Après avoir introduit les principes de la FA, nous présenterons dans cet article les différentes étapes permettant de passer de l’idée au produit, puis nous analyserons sous l’angle particulier de la FA le triptyque matériaux/ procédés/machines. Enfin, nous proposerons une description des évolutions nécessaires en lien avec cette nouvelle technologie, tant sur le plan des processus de conception que sur celui de l’écosystème dans lequel la FA se déploie.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-bm7017

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4. Évolutions liées à la Fabrication Additive

4.1 Processus de conception

Dans le domaine de la FA qui est en constante évolution, il n’est pas rare de constater que les concepteurs se sentent démunis. L’apparition de la FA est en effet venue bouleverser un processus de conception fondé jusqu’ici uniquement sur les procédés traditionnels.

On comprend donc toute l’importance de promouvoir les potentialités de la FA auprès des concepteurs afin qu’ils en tirent pleinement profit lors de la conception et de façon plus large dans un objectif d’innovation produit. Cela implique de mettre à leur disposition des outils et des méthodes adaptés aux spécificités de la FA et permettant une modification des habitudes de conception actuelles : c’est l’enjeu du Design For Additive Manufacturing (DFAM) ou conception pour la FA.

Cette approche DFAM fait actuellement l’objet de travaux de recherche et développement et repose sur la mise en place d’éléments destinés à faciliter le travail du concepteur tels que :

  • les méthodes de sélection multicritères des procédés de FA ;

  • les bases de règles ou de faits permettant la prise en compte des limites des procédés (par exemple, épaisseur de paroi minimale réalisable, orientation optimale en fonction des sollicitations...) ;

  • les outils facilitant la création de formes et permettant de faire abstraction de formes a priori liées aux méthodes de conception traditionnelle. Des outils reposant sur des méthodes mathématiques et permettant l’optimisation topologique ont été développés par des éditeurs de logiciels comme Inspire® de SolidThinking® ;

  • une meilleure connaissances relative au comportement des matériaux et des propriétés résultantes lors du processus de fabrication ;

  • les outils de simulation des procédés FA destinés à optimiser les trajectoires de balayage ;

  • les outils de prédiction des comportements mécaniques des pièces ;

  • les méthodologies destinées à favoriser le développement de produits innovants ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AFNOR -   NF E67-001 : Fabrication additive – vocabulaire.  -  Éd, p. 4 (2011).

  • (2) - BOURELL (D.L.), LEU (M.C.), ROSEN (D.W.) -   Roadmap for additive manufacturing – identifying the future of freeform processing.  -  The University of Texas at Austin (2009).

  • (3) - GIBSON (I.), ROSEN (D.R.), STUCKER (B.) -   Additive manufacturing technologies.  -  2nd edition New York : Springer US (2015).

  • (4) - MURR (L.E.), GAYTAN (S.M.), MARTINEZ (E.), MEDINA (F.R.), WICKER (R.B.) -   Fabricating functional Ti-Alloy biomedical implants by additive manufacturing using electron beam melting.  -  Journal of Biotechnology and Biomaterial, vol. 2 (2012).

  • (5) - YAMANOUCHI (M.), HIRAI (T.), SHIOTA (I.) -   Overall view of the P/M fabrication of functionally gradient materials.  -  In First International Symposium on Functionally Gradient Materials, Sendai, Japan, p. 59-64 (1990).

  • ...

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