Le polypropylène à l’épreuve du Mécastyle pour une application marine en série
Ricoh 3D, leader de la fabrication additive, s’est associé aux experts en ingénierie mécanique de Mécastyle pour mettre à l’épreuve son polypropylène (PP), le meilleur de sa catégorie, en tant que matériau idéal pour les applications en série.
Après une réunion lors d’une conférence industrielle, Ricoh 3D et Mécastyle ont concrétisé leur vision commune en accompagnant leurs clients dans leurs déménagements fabrication additive au-delà du prototypage jusqu’à la production en série de l’utilisation finale parties.
Enrico Gallino, spécialiste des matériaux chez Ricoh 3D, a déclaré : « Nous avons tous immédiatement su qu’il existait une réelle synergie stratégique. Lorsque Mécastyle nous a contactés pour le projet Cadden , nous étions tous deux impatients de voir ce que notre expertise combinée pouvait accomplir. »
Contexte
Ocean Alpha SL40 est un bateau d’étude autonome hautement sophistiqué développé par une application marine spécialistes Cadden. Le USV (Unmanned Surface Vessel) de 1,6 mètre de long est un système unique de levé hydrographique utilisé pour la détection et l’identification des objets et de la classification des fonds marins, fournissant également une vue sous-marine et contrôle en temps réel pour surveiller les travaux ou la sécurité du chantier.
Cadden a été collaborer avec Mécastyle pour concevoir et produire avec succès un produit innovant solution pour verrouiller, libérer et récupérer les sondes en déployant tous les avantages de la fabrication additive (FA), plus communément appelée impression 3D.
En utilisant les données matérielles et les connaissances de son propre laboratoire d’essais, Mécastyle a conçu une solution de série qui permet d’obtenir une véritable « conception pour la fabrication additive » (DfAM).
Le besoin
Développeur, fournisseur et opérateur de géolocalisation et les systèmes d’hydrographie, Cadden, nécessaires pour équiper son USV (Unmanned Surface Véhicule) doté d’un système de verrouillage, de déverrouillage et de récupération d’un pilote de sonde.
Thomas Pean, PDG de Mécastyle, poursuit : « Nous savions qu’il y avait peu informations disponibles sur les performances à long terme du matériau AM et ainsi de suite a contacté Ricoh pour son expertise dans la production de pièces fonctionnelles dans des matériaux uniques. Combinant nos compétences en conception de pièces, ingénierie, et la production de pièces signifiait que nous étions en mesure de générer les mêmes données qui seraient disponibles grâce à la fabrication traditionnelle.
Mécastyle pourrait voir le potentiel d’exploiter les additifs fabrication de pièces d’usage final et production en série.
Comme il s’agissait d’une pièce complexe produite initialement en faibles volumes, le procédé de frittage sélectif par laser était le plus adapté en raison de la grande chambre de construction du système Ricoh, ce qui signifiait que l’ensemble du produit pouvait être imprimé en une seule pièce sans nécessiter d’assemblage.
La solution
Allier l’expertise de Mécastyle en ingénierie mécanique à la production de Ricoh capacités pour répondre aux besoins de Cadden.
- Analyse fonctionnelle
Comme pour tout projet mécanique, l’analyse fonctionnelle était la première phase Cette phase consiste à identifier, prioriser et décomposer les principales fonctions et contraintes du produit pour atteindre l’objectif souhaité résultats. Réalisée avant la conception, l’analyse fonctionnelle constitue la fondation du projet.
Cette analyse fonctionnelle a abouti au choix d’un matériau polymère, en réponse aux fonctions de contrainte de masse et de résistance à la environnement.
- La fonction de contrainte de masse exclut l’utilisation de matériaux métalliques denses
- La fonction de contrainte de résistance à l’environnement aquatique a éliminé l’utilisation de polymères à forte absorption d’humidité ou à sensibilité à l’hydrolyse.
2. Essais de fatigue
L’étude du potentiel de résistance à la fatigue d’une pièce ou la structure consiste à contrôler le comportement du matériau à partir d’essais sur éprouvettes. Ces essais sont réalisés dans le cadre de l’essai de fatigue Mécastyle laboratoire.
Les caractéristiques résultant de ces tests permettent de prédire le comportement de l’ pièces ou produits conformément au procédé de fabrication additive, et concevoir autour de ces paramètres.
Le polypropylène était s’est avéré performant lors des tests de fatigue, à un prix plus rentable et, surtout pour l’application, sans absorber d’eau. Avec PA12 une étape supplémentaire a été nécessaire pour imprégner ou peindre la pièce, ce qui a donné dans un processus plus long et plus coûteux.
Le polypropylène était, par conséquent, considéré comme le matériau le plus approprié pour cette application.
3. Analyse des coûts et de l’économie
Le coût étant une autre fonction de contrainte, une analyse économique a été réalisée pour déterminer le processus de fabrication apportant la meilleure réponse aux besoins de nos clients exigences (conception au coût), c’est-à-dire production en faible volume (quelques dizaines d’unités par an), fabriquée à la demande et sans gestion des stocks. Les deux processus les plus pertinents pour cela sont l’usinage et fabrication additive.
Étant donné que la fabrication additive offre le plus grand potentiel d’intégration de fonctions, ce procédé s’est avéré être le plus optimal techniquement et économiquement Solution pour le projet Cadden. La pièce imprimée en 3D, produite par Ricoh SLS Le polypropylène s’est avéré être presque deux fois moins cher qu’une solution usinée.
Thomas a commenté : « Outre l’avantage de réduire les coûts de production, la fabrication additive permet de fabriquer des pièces à la demande. C’est un avantage clé, car les entreprises n’ont plus besoin de stocker des pièces et les coûts de stockage qui en découlent sont supprimés. »
4. Valeur ajoutée du matériel Ricoh
« Les propriétés d’étanchéité de notre polypropylène sont uniques sur le marché aujourd’hui », a expliqué Enrico. « Cela signifie qu’aucun post-traitement n’est nécessaire pour une pièce étanche et esthétique, rendant le projet viable pour le prototypage production en série. »
5. Conception pour la fabrication additive
Pour exploiter pleinement les avantages de l’AM, la solution Mécastyle a été conçue en utilisant le « Design for Additive Manufacturing » (DfAM), une méthodologie de conception entièrement orientée vers la fabrication additive incluant l’intégration de fonctions, l’optimisation topologique, la fusion de pièces pour limiter l’assemblage, la personnalisation et l’intégration de l’image de marque.
En soumettant le polypropylène de Ricoh à des contraintes cycliques, le composant pourrait alors être conçu en utilisant ces informations mécaniques comme spécification.
6. Calcul et simulation pour améliorer le délai de mise sur le marché
Parallèlement à cette phase d’étude, la simulation numérique (Analyse par Éléments Finis) a permis à Mécastyle d’anticiper le comportement du produit en fonction des contraintes mécaniques. Cette étape permet d’aboutir rapidement à une définition numérique conforme aux spécifications fonctionnelles du client, ce qui se traduit par une réduction significative des délais de mise sur le marché. Elle réduit également le nombre de prototypes fonctionnels à tester sur banc, et donc les coûts tout en optimisant les délais de mise sur le marché des pièces de série.
En détails:
Une fois les charges connues, des simulations peuvent être utilisées pour déterminer les contraintes mécaniques sur la pièce et comprendre exactement ce qu’elle doit être effectué dans le cadre de la candidature finale. Le scanner est connecté à un petit robot sur le vaisseau, ce qui signifie que lorsque le robot se déplace, il y a contraintes mécaniques sur la pièce. Ces charges doivent être prises en compte dans calculs pour garantir que la pièce ne se brise pas ou ne bascule pas du récipient. Avec ces calculs permettent de prédire les performances à l’avance sans tests, et est très efficace par rapport au cycle de développement de pièces typique qui implique itérations de fabrication, tests au banc, modifications et refabrication de prototypes pour de nouveaux tests – ainsi que les implications en termes de budget et de délai de mise sur le marché associé à cela.
Ces données physiques sont ensuite saisies dans des données mécaniques. logiciel de conception et de calcul pour optimiser la conception en termes d’épaisseur, géométries et poids afin de générer des économies supplémentaires. Optimisation de la conception produit des formes organiques qui éliminent tout matériau inutile, mais toujours assure une conception visuellement agréable avec les capacités de performance requises. Cette combinaison de données quantitatives et qualitatives produit des données fonctionnelles et des pièces rentables, qui peuvent encore être fabriquées grâce à la conception liberté de fabrication additive et de procédé de frittage laser sélectif dans particulier. Les mêmes performances n’étaient tout simplement pas possibles pour cette pièce avec FDM, avec l’élimination du matériau de support devant également être prise en compte dans le cadre de la processus.
Selective Laser Sintering (SLS), also known as ‘powder bed fusion’, is considered the core technology of 3D print suppliers due to its productivity and wide range of engineering thermoplastics. In addition, the absence of a substrate makes it the ideal choice for the manufacture of complex shapes, such as the Cadden probe holder.
Livraison
La fabrication additive est généralement beaucoup plus rapide et plus réactif que les méthodes traditionnelles, car l’usinage et les moules sur mesure ne doivent être fabriqués.
Le produit Cadden peut désormais être créé en six jours, ce qui signifierait des semaines d’usinage CNC.
Thomas conclut : « Les avantages de la fabrication additive nous ont permis d’offrir à notre client Cadden la meilleure solution série clé en main répondant aux exigences fonctionnelles, techniques et économiques. »
