Programme de coopération transfrontalière

avec le soutien du Fonds Européen de Développement Régional

FabricAr3v

Informations clés

Opérateur chef de file

CNRS
Rue des Cannoniers 2
59046 Lille
FRANCE

Personne de contact :

jean-francois witz

Date de début

01-07-2019

Date de fin

31-12-2022

Eléments budgétaires

Budget Total
3 568 640,38 €

Site Web

https://fabricar3v.eu





FabricAr3v

FabricAr3v : vers la fabrication additive métallique pour tous

axe1

Catégorie

Projet

Objectif spécifique du programme

Accroissement de la recherche et de l'innovation de la zone transfrontalière dans les secteurs stratégiques et les secteurs à forte complémentarité

Domaine d'intervention

Activités de recherche et d’innovation dans les centres de recherche publics et les centres de compétence, y compris la mise en réseau


La Fabrication Additive Métallique (FAM) est un secteur en très forte croissance. Les technologies d’aujourd’hui demandent une grande expertise et des investissements très importants (~1M€), ce qui freine l’adoption de ce procédé. Des procédés plus abordables sont donc demandés. De nouvelles technologies, basées sur la technologie MIM (Metal Injection Molding) permettent l’avènement de machines bien moins chères (120k€). L'objectif du projet est de développer un procédé dont l’investissement global est inférieur à 30k€, le rendant accessible aux TPE/PME et aux FabLabs. Pour passer du prototypage rapide à la fabrication additive, il faut être en mesure de prévoir les défauts dans les pièces et de maîtriser le procédé afin de prévoir les performances mécaniques des pièces produites. FabricAr3v répond à cette problématique par la conception d'un procédé « low-cost » ainsi que le développement et la validation des outils de simulation dédiés. Les compétences à mettre en œuvre sont variées, aussi la constitution d’un consortium transfrontalier est absolument nécessaire.  Grâce à l’association avec Sirris, il est comparé aux procédés industriels existants. L’expertise du CRITT-MDTS sur le MIM permet de l’adapter à l’impression 3D. Enfin, des outils de dimensionnement des pièces qui sont adaptés aux procédés seront créés par la collaboration entre le CNRS, Centrale Lille et Cenaero. Une plate-forme de formation autour de cette technologie est par ailleurs développée. Toutefois, l’arrivée de machines permettant de copier à bas coût n’importe quelle structure métallique entraînera probablement une remise en cause de la propriété intellectuelle et industrielle. Il faut alors investiguer les modèles de protection compatibles avec cette évolution. Le projet bénéficie de l’expertise de l’Université de Mons, de l’Université de Lille et du CNRS. 

Date de rapport 10-06-2022

Le projet FabricAr3v qui a débuté le 1er Juillet 2019 est un projet INTERREG visant à mettre au point une technologie d'impression 3D métallique Low cost. Fort d'un consortium transfrontalier multidisciplinaire le projet aborde une multitude de sujets allant de l'ingénierie mécanique à la simulation numérique et la Propriété Industrielle. Materalia a rejoint le consortium au 1er janvier 2020 en tant que responsable de la communication. Il a notamment effectué son premier événement avec les autres partenaires du projet lors de la journée de lancement à la haute école Robert Schuman à Arlon en Belgique. Materalia a oeuvré à l'élaboration du CDG du site internet pour le projet. Toujours dans une démarche visant à donner de la visibilité au projet, Materalia a mis en place des comptes sur les réseaux sociaux (Linkedin, Youtube). L'entreprise a également géré l'ensemble des sujets relatifs aux événements préparés dans le cadre du projet, à savoir le mailling, invitations billetterie etc... La conception d'une machine d'impression métal « low-cost » est bien avancée, les prototypes ont notamment été améliorés avec des structures « tool changer » permettant de faire de l'usinage multi matériaux et de la fabrication « hybride » (impression et usinage combinés au sein d'une seule machine). La cinématique de la machine est maîtrisée et les résultats obtenus, qui ont été comparés à ceux de la Pollen M (machine industrielle achetée dans le cadre du projet) sont encourageants et dans certains cas meilleurs. Les premiers travaux du CRITT MDTS ont permis de valider la faisabilité de l'impression de polymères chargé en zircone sur la free former, combinée aux phases de déliantage et frittage associées. Les caractérisation des pièces produite ont permis d'identifier les propriétés physico chimiques des pièces et de les comparer à celles obtenues en PIM. A l'issue d'essais préliminaires, le CRITT avait entamé des modification sur la machine direct 3D pour l'optimiser. Cependant nous avons identifier un problème majeur sur la direct 3D à savoir une mauvaise conception de la vis d'Archimède. Ce qui représente une entrave majeure à la maîtrise de l'extrusion et donc de la du bon déroulement des impressions d'un point de vue global. Pour aider les développements à venir au sein du consortium, Sirris avait entamé une veille tehcnologique qui comprend notamment une description du procédé, les forces et faiblesses, une comparaison avec la technologie développée dans le projet, les propriétés mécaniques couramment rencontrées dans la littérature et les différents fournisseurs de machine low-cost laser métallique. Le CRITT MDTS a réalisé des essais préliminaires de déliantage sous air qui ont présenté des résultats encourageants, l'objectif à poursuivre est de trouver le bon compromis entre une atmosphère de frittage bon marché et des propriétés mécaniques des pièces assez proches de celles issues des procédés existants. Le fours de déliantage et frittage Pyrox acheté par Centrale Lille a été receptionné cependant une avarie sur le four a empêché la poursuite des tests qui ont dû être transférés au CRITT. Parallèlement au travaux concernant l'impression 3d "classique" qui est déjà bien avancée, le développement de l'hybridation du procédé (impression / usinage) a continué avec le montage d'une broche d'usinage directement sur le prototype en lieu et place d'une tête d'impression. Concernant la simulation du procédé et caractérisation, une étude bibliographique menée par Cenaero sur la simulation numérique du procédé de frittage a permis de déterminer les fonctionnalités requises pour la modélisation du procédé. Ces fonctionnalités ont été intégrées dans le code de calcul d'éléments finis et ont permis d'obtenir des résultats numériques de référence. En comparant les simulations, des écarts ont été constatés et une analyse a permis d'apporter des corrections aux modèles et aux données. Bien que vérifications supplémentaires sont envisagées, le modèle donne qualitativement les bonnes tendances, autorisant dès lors la réalisation d'une étude de sensibilité. La densité initiale et la température de transition (paramètre du modèle de densification) sont les paramètres qui ont le plus d'impact sur la densification et le retrait lors du frittage. Cette étude précise aussi l'importance relative des données pertinentes (e.g. paramètres matériau, granulométrie des poudres, rétrécissement) pour les phases de calibration et de validation (i.e. numérique vs expérimental). Des approches simplifiées, moins coûteuses en termes de temps calcul qu'une modélisation thermomécanique transitoire non-linéaire, sont envisagées. Celles-ci s'inspirent des méthodes basées sur les déformations inhérentes, initialement développées pour le soudage, en exploitant les résultats du modèle transitoire non-linéaire. Une première analyse a révélé de potentielles limitations qu'il faudra essayer de surmonter. Les travaux de modélisation se basent sur la solution logicielle de Cenaero. L'exploitation des modèles et méthodologies dans des solutions logicielles tierces est envisagée. L'analyse qui avait été initiée devra être poursuivie après montée en maturité des modèles et des méthodologies. Lors du 5e semestre, une seconde étude bibliographique a été réalisée avec comme objectif l'extension du modèle pour prendre en compte l'anisotropie des déformations (phénomène observé par les partenaires du projet dans les essais expérimentaux) pendant le frittage. Les différentes causes de l'anisotropie ont été analysées. Une généralisation (prise en compte d'un contrainte de frittage non-hydrostatique) du modèle a été déterminée. L'achat d'une machine industrielle, prévu dans la fiche projet, l'Admaflex a été réalisée en début de projet. Cela a permis de nouer des contacts avec Isolectra-Martin qui est une entreprise intéressée par la fabrication additive. Une collaboration avec cette entreprise et le L2EP a donnée naissance à une thèse Cette derrnière est associée au projet et utilise les moyens développés dans le cadre de la plateforme industriel. L'achat d'autres machines, non prévu dans la fiche projet, une imprimante 3D à granulés la Pollen M et un four de déliantage et frittage thermique Pyrox, a été réalisée. Combinée à l'Admaflex Du projet Fabricar3v, ces machines viennent renforcer et participent fortement la mise en place de la plateforme industrielle « PIMS ». Cette plateforme, labellisée par l'université de Lille au semestre 4, a notamment été doté d'une machine d'impression 3D par electro spinning et d'un ingénieur d'exploitation ce semestre. La maquette d'un module d'enseignement proposée à Centrale Lille a donné lieu à la modification d'un module existant à centrale Lille (« Spécification de produits et fabrication ») pour compléter les objectifs du projet. En intégrant de nouvelles notions de fabrication additive dans l'apprentissage du processus global de conception et de fabrication de systèmes mécaniques, les modifications apportées à ce module permettent de renforcer les connaissances des élèves et de susciter leur intérêt pour pour ces procédés de fabrication émergents. Le module comporte notamment la fabrication et la conception d'une imprimante 3D par dépôt de fil. Dans le cadre du de l'étude de l'évolution de la propriété industrielle et intellectuelle (MT6), Les travaux de recherche menés par l'UMONS visent à appréhender le potentiel d'adoption du territoire pour les technologies de fabrication à petite échelle, l'organisation de collectifs créatifs autour des pratiques open source/open hardware ainsi que leur exploitation pour de la création d'activités. Une étude des mécanismes de coordination et de co-création entre makers est menée. En parallèle l'étude de l'évolution de la propriété industrielle et intellectuelle a couvert la compréhension des modèles d'affaires des fabricants d'imprimantes 3D, incluant l'analyse des formes de propriété intellectuelle mises en oeuvre et leurs conséquences sur le projet. Ces activités d'études complémentaires, menées dans le cadre du MT6, ont pour objectifs de permettre d'identifier, pour FabricAr3v, les modalités de mise en oeuvre d'une stratégie de valorisation de type open source ainsi que les opportunités justifiant le développement d'une technologie d'impression 3D métallique low-cost en open hardware. Mme. Fally a été recrutée en tant qu'assistante de recherche à 100 % sur le projet FabricAr3v à partir du 1er janvier 2021 pour intervenir sur le MT6. Tout au long des semestres qui se sont écoulés, la diffusion du travail de recherche réalisé a été assurée par la rédaction d'articles scientifiques afin d'en valoriser les résultats ainsi que par la participation à des conférences pour échanger avec différents profils présentant un intérêt pour la fabrication additive. Pour ce qui est de l'analyse de l'impact de la diffusion d'une invention disruptive sur l'écosystème d'innovation transfrontalier, base de données des acteurs de la fabrication additive sur la zone a été réalisé.Cette base de données est actualisée au rythme des informations obtenues et a permis de réaliser un premier travail de cartographie ainsi que des graphiques, pour caractériser la fabrication additive sur le territoire étudié. Par ailleurs, grâce à la construction d'un questionnaire focalisé sur les ateliers de fabrication numérique (AFN), Les chercheurs de l'Ulille ont commencé à étudier les perspectives d'évolution du système productif actuel, la place qu'aimeraient y occuper ces acteurs et l'impact qu'aurait une technologie de FAM Low-Cost sur les territoires. Ces travaux ont abouti à la rédaction de deux articles dans la revue en ligne Makery et permettent, en plus des lectures bibliographiques et des participations à des séminaires, la construction d'un premier rapport sur les différents enjeux de la Fabrication Additive Métallique Low-Cost. Grâce à l'intégration de deux nouveaux partenaires associés au 1er juillet 2021, Dagoma et Epeire3D qui sont des industriels de la région Hauts-de-France, le projet compte avec le soutien et l'expertise d'industriels exploitant la même technologie et partageant sa vision de la fabrication additive low cost et Open Source. Toutes les informations relatives au projet, les avancées techniques, réalisations et autres informations concernant le consortium sont disponibles sur le site internet du projet : https://fabricar3v.eu/. Les projet est également visible sur les réseaux sociaux via les compte Youtube et LinkedIn « FabricAr3v |Vers la fabrication additive pour tous ».