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Atelier technique « Matériaux métalliques et fabrication additive »

iD4CAR et EXCELCAR – en partenariat avec CTIF, l’Institut Maupertuis et le Groupe PSA – ont organisé un atelier technique « Matériaux métalliques et fabrication additive » le 19 avril 2018 à Rennes, incluant la visite de la cellule HARTUS (Hardening Additive & Removal Tooling Unique System), installation de fabrication additive de très grande dimension unique en France au sein de l’usine PSA La Janais à Rennes.

Cette journée, animée par Alain JUPIN (responsable du développement régional Ouest de CTIF basé à Rennes) a réuni plus de 90 participants : donneurs d’ordres essentiellement du domaine automobile/agro-équipement, transformateurs (fondeurs, plasturgistes, moulistes, …), centres de R&D et universitaires.

En introduction, Paul-Henri Renard, Directeur Général de CTIF, a rappelé les compétences de CTIF, les nouveaux développements techniques et les enjeux des rechargements sur les pièces de fonderie pour apporter de la valeur ajoutée et fonctionnaliser leurs surfaces.

Ensuite, Stéphane Gillet, AVS Europe Product Engineering Director, a présenté les métiers du groupe Cooper Standard et en particulier l’utilisation de pièces de fonderie aluminium surmoulées par des produits à base de caoutchouc et autres matériaux plastiques. Stéphane Gillet a rappelé la volonté de Cooper Standard de monter en compétence sur les pièces de fonderie, pour mieux en maîtriser l’approvisionnement et l’assistance de CTIF depuis 5 ans sur ce sujet (formation, examens de pièces, support technique, …).

Puis, Patrick Hairy, responsable du pôle de développement matériaux et procédés à CTIF, a proposé trois cas représentatifs et concrets liés au développement de nouvelles pièces métalliques. 
Tout d’abord, il a énoncé les outils numériques utilisés par CTIF dans le cadre de son développement pour des projets privés ou collaboratifs (ANR, FUI, …). Ainsi, en CAO et en calcul mécanique, CTIF utilise Catia V5 et SolidWorks pour les développements CAO, MSC/Software et Optistruct pour l’optimisation topologique. Pour la simulation numérique, CTIF a de longue date développé des outils métiers pour le pré-dimensionnement des systèmes d’alimentation des pièces issues de fonderie. Le logiciel Salsa3D, commercialisé depuis par ESI, en est un exemple dans le domaine de la fonderie sous pression. QuikCAST et ProCAST (ESI Group) sont utilisés pour la simulation du remplissage, de la solidification et des contraintes thermomécaniques et Forge NtX (Transvalor) pour la simulation des opérations de forge. Enfin, Thermo-Calc, logiciel de thermodynamique, permet de simuler les diagrammes d’équilibre, de prédire les phases en présence et d’évaluer le comportement des alliages métalliques avant tout essai expérimental. Patrick Hairy a insisté sur la nécessité de corréler le calcul numérique avec l’expérimental (recalage des bases de données).

Synergie numérique expérimental et REX des experts métallurgie et procédés

Synergie numérique expérimental et REX des experts métallurgie et procédés

Ensuite, un exemple d’optimisation topologique d’une pièce en fonte, pour l’industriel Kuhn, a été passé en revue dans le domaine de l’agro-équipement. L’optimisation topologique présente l’intérêt de permettre un grand nombre d’itérations de calcul avec une modification automatique de la forme de la pièce selon des contraintes d’entrée données (« volume autorisé », interfaces avec les pièces environnantes, cas de charge, …). Il est en revanche essentiel d’intégrer le process de fabrication potentiel dès la génération du squelette fonctionnel obtenu afin de lancer des itérations selon des règles métier.  L’optimisation topologique, outre le gain de masse, permet de gagner du temps (itérations automatiques) et permet d’explorer des formes nouvelles que le concepteur n’aurait pas imaginées. Cependant, l’optimisation topologique nécessite d’être complétée par une phase de simulation du process pour valider que la pièce est bien réalisable en fonderie (ou en forge) sans verrous techniques.

Optimisation topologique d’une pièce en fonte sollicitée mécaniquement

Enfin, CTIF a donné  un exemple de co-conception dans le domaine ferroviaire avec le passage d’un bogie mécano-soudé à une structure en fonte. Ce développement complet comprend plusieurs cas de charges conventionnels et exceptionnels (en statique et en dynamique), les études de détails de la pièce, la simulation du process de fonderie (solidification notamment), aide au choix du fondeur et assistance à la pré-industrialisation chez le fondeur jusqu’à la réalisation prototype chez le fondeur sélectionné. Il a été rappelé l’importance des échanges (donneur d’ordres, centre technique, transformateur) dans les différentes phases du projet et en particulier pour des pièces aux fonctions multiples (structurels, assemblage de sous-ensemble, coût contraint, délais de développement réduits, …).

Une pause déjeuner networking a permis ensuite aux participants d’échanger autour de sujets techniques et de créer du lien dans le cadre d’iD4CAR et EXCELCAR.

L’après-midi était consacrée plus spécifiquement au laser cladding (technologie de fabrication additive par fusion de poudre par laser).

Dans un premier temps, Aurélie Anne de l’Institut Maupertuis et Olivier Mouquet de CTIF ont rappelé les travaux en amont réalisés conjointement avec PSA Rennes (département emboutissage) sur la mise au point du rechargement de matrices en fonte et lames de découpe par des alliages durs afin d’augmenter la durée de vie des surface et limiter l’intervention humaine des opérateurs, source de TMS. Le choix du bon matériau, des couches intermédiaires mais également le pilotage précis des paramètres de déposition par laser cladding se sont avérés cruciaux pour maîtriser le process.

Enfin, Alain Periaux, responsable de la réalisation des outils d’emboutissage du site de Rennes a présenté les produits tôlerie réalisés sur le site de la Janais, l’organisation de la production et le projet HARTUS (Hardening Additive & Removal Tooling Unique System). HARTUS, développé en collaboration avec l’Institut Maupertuis et CTIF, est une cellule de production industrielle unique en France qui permet sur une même matrice en fonte moulée de réaliser successivement trois opérations de reprise (dépôt par laser, traitement thermique par laser et usinage en commande numérique 5 axes).

La journée s’est poursuivie par la visite en petits groupes (10 personnes) de l’unité d’emboutissage de PSA Rennes (arrivée des matrices de fonderie, contrôle 3D par scan GOM, assemblage des matrices, tests et contrôles dimensionnels et visuel des tôles en pré-série, …) avec un focus tout particulier sur la cellule HARTUS de laser cladding et une démonstration des outils utilisés.

De l’avis de tous, cette journée fut l’occasion de découvrir de nombreuses technologies (les outils numériques, l’optimisation topologique, laser cladding, …) et compétences, d’échanger entre participants et avec les intervenants techniques et enfin de visiter une installation remarquable du site de PSA La Janais.

Nous remercions tout particulièrement iD4CAR, EXCELCAR et PSA La Janais pour leur accueil et l’organisation de cette journée.

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