2022/05/30
Fabrication additive de composites multifonctionnels assistée par robot
Laboratoire de mécanique multi-échelles (LM2), Groupe Safran, ArianeGroup, Agence spatiale canadienne, NanoXplore, MEKANIC, Solaxis, CNRC (en cours depuis début 2018)
Objectifs visés
Multifonctionnalité des pièces (p. ex., amélioration des propriétés acoustiques et mécaniques), automatisation, fabrication de pièces complexes et plus performantes, réduction des coûts et du poids, fabrication rapide de grandes pièces.
LE CONTEXTE
La fabrication additive (FA) permet de fabriquer couche par couche des pièces de formes complexes que les méthodes de fabrication courantes (p. ex., le moulage par injection) ne permettent généralement pas de produire. Cette technologie permet une plus grande liberté dans la conception ainsi qu’une fiabilité et une rentabilité accrues (p. ex., elle ne nécessite aucun investissement en capital lors du démarrage de la production d’un nouveau produit). Plusieurs industries, dont l’aérospatiale et les transports, ont pris des mesures importantes pour intégrer les technologies de FA dans leurs opérations (p. ex., fabrication de composants sur mesure, réparation de pièces), principalement la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), qui repose sur les thermoplastiques. L’industrie aérospatiale privilégie actuellement l’utilisation de la FA pour la fabrication d’outils, de dispositifs de fixation et de certaines pièces fabriquées en quantité limitée. Elle étudie également les possibilités offertes par la FA pour la fabrication de pièces non structurelles fabriquées sur mesure. L’objectif de ce projet du Laboratoire de mécanique multi-échelle (LM2) de Polytechnique Montréal est de fabriquer des pièces multifonctionnelles de grande taille approuvées par l’industrie, de forme complexe et légères, en perfectionnant les technologies de FA (FDM et impression 3D par extrusion).
LE DÉFI
Bien que les imprimantes 3D commerciales conçues pour le secteur industriel offrent un large éventail de dimensions de fabrication (jusqu’à 914 × 610 × 914 mm3), le choix de matériaux pour les filaments est encore très limité. De plus, la technologie FA actuelle fonctionne en grande partie dans un environnement fermé : les utilisateurs ne peuvent pas modifier les paramètres d’impression et les matériaux sont fournis uniquement par le fabricant de l’imprimante, à un coût très élevé. Le processus FDM à code source ouvert en est actuellement à son premier stade de développement et il reste encore plusieurs problèmes importants à résoudre, notamment les suivants : 1) la faible disponibilité des filaments thermoplastiques commerciaux à haut rendement, 2) une température de fonctionnement limitée non compatible avec les thermoplastiques résistant à des températures élevées, 3) les propriétés mécaniques relativement faibles des pièces imprimées par rapport aux mêmes pièces obtenues par des procédés de fabrication courants, 4) un éventail de dimensions d’impression plutôt restreint, et 5) des taux de production très faibles.