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Centre de Recherche Technologique
CIRTES
AIP LORRAIN 10 octobre 2003
« Numérisation 3D et prototypage rapideExemple d’application de la stratoconception® »
Denis CUNINResponsable CFAO et Prototypage rapide
Centre de Recherche Technologique
CIRTESCentre Européen de Prototypage Rapide
CIRTES29 bis, rue d ’Hellieule
88100 Saint-Dié-des-VosgesFRANCE
Tél (33) 03 29 55 11 71Fax (33) 03 29 55 10 45
e-mail : [email protected] : www.cirtes.fr
Antenne CIRTES - Carmaux :
ISTM 53bis, avenue BoulocTorcatis
81400 Carmaux Tél : 33.(0)5.63.80.21.04Fax : 33.(0)5.63.80.20.99 mail : [email protected]
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CIRTESPlate-forme CFAO-PR
CAO/FAOSimulation
Prototypage rapide
CelluleUsinage Rapide
de FormeUTGV 5 axesREALMECA
CelluleOutillageRapide
Stratoconception®StR 1500 Charlyrobot
Cellule Numérisation
Laser pointLASER DESIGN
Par contactROMER
CellulePrototypage
RapideStratoconception®
STR 400CHARLYROBOT
Cellule Prototypage
RapideLOM
HELISYS
CellulePrototypage
RapideFrittage de poudres
poly. - sable - métalDTM
CelluleOutillageRapide
Stratoconception®LASER 5 axes
LASER Technologies
CelluleOutillageRapide
Stratoconception®RT 1000Realméca
Centre de Recherche Technologique
CIRTESRecherche Technologique
Étude de la coupe
Etude de la température à l’interface pièce/outil (S.A.O)
Développement d’outils instrumentés pour la Surveillance Automatique des Outils de coupe
Centre de Recherche Technologique
CIRTESRecherche Technologique
Procédé de Stratoconception ®
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES - France
Centre de Recherche Technologique
CIRTESTransfert Technologique
A partir du besoin des PMI
Développement de produits nouveaux en liaison avec les PMI
Mise en place d’une chaîne de numérisation de couverts :
Couverts de Mouroux (88 Darney)
Intégration de la chaîne numérique-Numérisation -CFAO -Prototypage et outillage rapide
Intégration de la filière numérique pour la fabrication
des moules de moussage.
MECMAS Industries (88)
Centre de Recherche Technologique
CIRTESTransfert Technologique
A partir des travaux de recherche
CIRTES / MECACHROME / CEAOutil instrumenté - Actarus
CIRTES / CHARLYROBOT / REALMECA rp2i
Station de Prototypage et Outillage Rapide Stratoconcept PCProcédé de Stratoconception ® - procédé Actarus ® brevetés - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Centre de Recherche Technologique
CIRTESCIRTESCréation d ’activités nouvelles
Essaimage d’une start-up
rp2i SA : Société chargée d’intégrer le procédé de Stratoconception® dans l’industrie
rp2i S.A.27, Rue d’Hellieule88100 Saint-Dié-des-VosgesTel : (33) 03 29 42 12 88 Fax : (33) 03 29 42 12 89
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Centre de Recherche Technologique
CIRTESCIRTESCréation d ’activités nouvelles
Essaimage d’une start-up
Actarus :Développement des activitésliées à l’étude de la coupe.
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Centre de Recherche Technologique
CIRTESIntégration du prototypage rapide dans la filière numérique
ObjetPhysique
ou outillage
Usinage rapide de formes
Filière FAO
ObjetPhysique
Numérisation
Rétro-conception
CAO
PrototypageRapide
Maquetted ’aspect
OutillageRapide
Produitbonnematière
Procédé
Création directe
Simulationvirtuelle
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CIRTESLe Prototypage Rapide
C'est dans ce contexte, qu'après les outils de CFAO est apparue au début des années 90, la chaîne numérique du Prototypage Rapide.
Étapes de réalisation d ’une pièce en prototypage rapide
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CIRTESLe Prototypage Rapide
D’après le document de l’adit
Typologie des procédés de prototypage Rapideen fonction de l’état initial du matériau
Liquide/S Solide/S Poudre/SFeuilles - plaques Filaments Grains ParticulesPolymérisation de
résine point par point par laser
Flashage de couches de résine entières par lampe UV
Stéréolithographie•3D Systems (USA)
•Optoform (France)
•CMET (Japon)
•D-MEC (Japon)
•Teijin Seiki (Japon)
•Fockele & Schwarze(Allemagne)
Solid Ground Curing
•Cubital (Israël)
Découpe et laminage
Laminated ObjectManufacturing(LOM)•Helisys (USA)
Stratoconception•CIRTES (France)
Dépôt de fil fondu
Fused DeposingModeling (FDM)•Stratasys (USA)
•Optomec
Frittage laser de poudreSelective Laser Sintering (SLS)•DTM (USA)
•3D Systems (USA)
Eosint•EOS (Allemagne)
D S P C•Solingen (USA)
Model Maker• Solidscape (USA)
Projection de liant, d’encre ou de cire
MJM•Thermojet de 3D Systems (USA)
3D Printing•Z-Corp (USA)
Quadra. Object Géométries
Genisys. StratasysIm
prim
ante
s 3D
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Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
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Le Prototypage RapideProcédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Tranchage
Parcours d’outils
Visualisation du STL
Stratification
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Strates 2D Strates 3D
Découpe 2 axes Découpe 5 axes Découpe 2 1/2 axes (UTGV)
Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Procédé de Stratoconception ®
Pièce finale
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
DomaineMaquettes, Modèles, Outillages légers
Types outillageThermoformage, Moulage contact, Fonderie sable
Dimensions XYgamme de stations de 400 x 250 mm à 3100 x 2100 mm
MatériauxBoisPlastiquesMétaux nonferreux
Réalisée avec le soutien de
l ’ANVAR Rhône-Alpes
Station Stratoconcept-PC® CHARLYROBOT
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Stratoconcept-RTS/RTH/RP ® rp2iDomaineMaquettes, Modèles, Outillages légers
Types outillageThermoformage, Moulage contact, Fonderie sable
Dimensions XYgamme de stations de 400 x 250 mm à 3100 x 2100 mm
MatériauxBoisPlastiquesMétaux nonferreux
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Stratoconcept-RT ® REALMECADomaineInjection, Extrusion, Moussage
Types outillagePetit outillagemécanique très précis
Dimensions XY620 x 450 mm
MatériauxAciers non traitésAciers traitésAluminium
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Projet Européen EUREKA CODERAVI EU 1771
Stratoconcept-Laser 5® Laser Technologies DomaineEmboutissage, poinçonnage, estampage
Types outillageGrand outillagemécanique de précision moyenne
Dimensions XY1000x 1000 mm
MatériauxAciers non traitésAciers traitésBoisPlastiques
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : balayeuse de voirie - sté Mathieu-Yno, Toul(54)
Maquette d ’aspect de l ’arrière(polystyrène expansé ép. 45 mm)
Prototype technologique de l’ensemble
Modèle de tableau de bord(positif de rotomoulage
médium ép. 16 mm)
Modèle de la cuve à déchets
(Stratifié- médium ép. 16 mm)
Exemplaire de série
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels
Modèle de talon de chaussure
Sté BATA(polystyrène extrudé)
Modèle de luminaire de solSté ECLATEC(Ø400 mm - ABS)
Borne kilométrique(médium)
Modèle de semelle de chaussure
(polystyrène extrudé)
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : Maquette 1/3 de la Peugeot 307
Réalisée dans le cadre du contrat de recherche PSA-Peugeot-Citroën/CIRTES
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : outillages de fonderie - Mathieu-Yno, Toul(54)
Plaque modèle de pivot arrière(multiplis de hêtre)
Plaque modèle d’éléments d’essieu(multiplis de hêtre)
Plaque modèle de pivot avant(multiplis de hêtre)
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : Outillage rapide - Moule de moussage
Développement d’un nouveau siège avec MECMAS -Industries®
Maîtres modèles pour moule de moussage (médium)
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : Outillage rapide - Plasturgie, Moulage
Moule d’extrusion-soufflage(Aluminium) Développé en liaison avec le PEP
Outillage rapide de coulée pour béton réfractaire(Médium)
Procédé de Stratoconception ®
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : Outillage rapide - Plasturgie, Moulage
Outillage de soufflage
Outillage de moussage
Procédé de Stratoconception ®
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CIRTESCIRTES
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : Outillage rapide - Fonderie
Procédé de Stratoconception ®
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CIRTESCIRTES
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Le Prototypage Rapide
Procédé de Stratoconception ® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Exemples industriels : Outillage rapide - Emboutissage
Procédé de Stratoconception ®
Centre de Recherche Technologique
CIRTESLe Prototypage Rapide
Exemples industriels : Outillage rapide – Injection plastique
Concept d’outillage rapide
Découpe laser des strates et des
canaux de refroidissement
Micro fraisage et brasage
Outil en sortie de four
Par le procédé de Stratoconception
Centre de Recherche Technologique
CIRTESFilière numérique et échange de données
Outil CAO
Modélisation en 3D
Prototypage Rapide
Outillage Rapide
Contrôle
Utilisation de la MMT
Numérisation 3DSimulation Virtuelle
- Imagerie
- Calcul et Simulation de fabrication de pièces
- Simulation de procédés industriels
IGESSTEP
natifsSTL ...
STL VRML
FAO
- Calcul du parcours d’outil
- Simulation
- Transfert vers MOCN
IGESSTEPSETVDA
natifs
ASCII IGES
Centre de Recherche Technologique
CIRTESUtilisation de la numérisation 3D
• Numérisation d’une maquette d’aspect en avant projet
• Reproduction d’objets existants :
• Œuvre d’art
• Pièces mécaniques
•Intégration de modifications en cours de développement de produits
• Contrôle tridimensionnel de pièces
Centre de Recherche Technologique
CIRTESUtilisation d’un nuage de points
• Intégration de la filière CAO 3D
• Reconstruction de surfaces
• Contrôle de pièces en trois dimensions
• Génération d’un parcours d’outil directement à partir du nuage de points
• Génération d’un fichier STL, utilisation des techniques de Prototypage et d’Outillage Rapide.
Centre de Recherche Technologique
CIRTESDéfinition du nuage de points
Ensemble des coordonnées XYZ permettant de décrire la peau d’une pièce.
• La description des points peut être :
• Non structurée (pas de lien entre les points)
• Structurée (les points successifs constituent une ligne codée)
• Le fichier peut être de type :
• ASCII
• IGES
• Tout autre format propre au fabricant de capteurs
Centre de Recherche Technologique
CIRTESExemple de deux représentations d’un même nuage
de points
Représentations du nuage de points de la Chouette de Marc Petit
Centre de Recherche Technologique
CIRTESPrésentation des différentes technologies de numérisation 3D
Sans Contact
Numérisation
Contact MECANIQUE MMT
Bras de Mesures
IMAGERIE Tomographie
TEMPS DE VOL Electromagnétique
Ultrasons
VISION Lumière Structurée
Photogrammétrie
LASER Point
Plan
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CIRTESReconstruction de surfaces et conception CAO 3D
Numérisation de la maquette sur la station
LD500 du CIRTES
Recherche des lignes caractéristiques, modélisation des
surfaces de la peau extérieure
Numérisation d’une bavette de voiture
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OrthoStrato® : la Stratoconception ® dédiée à l’orthopédieLe Prototypage Rapide
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CIRTESReconstruction de surfaces et conception CAO 3D
Numérisation d’une bavette de voiture
Création de l’épaisseur de la pièce
Utilisation de la définition numérique pour
• la conception du moule
• la fabrication d’une maquette de validation
Centre de Recherche Technologique
CIRTESUsinage direct sur le nuage de points
Usinage 5 axes simultanés de visages
Correction du nuage de
points
Numérisation directe du
visage
Usinage du visage en 5
axes simultanés à l’échelle 1 et à l’échelle 1/3
Calcul du parcours
d’outil en 5 axes
Centre de Recherche Technologique
CIRTESUsinage direct sur le nuage de points
Les moyens mis en oeuvre
Usinage UTGV 5axesSystème de FAO
Capteur OptofaceBREUCKMANN
Logiciel HypermillOPEN MIND
Capteur à lumière structuréeMéthode à « effet de Moiré »
Développement du post-processeurFAO simulationGénération du parcours d’outil 5 axes simultanés à grandes vitesses
IntervenantEOTECH
IntervenantOPENMIND
Système de numérisation
RV2_5 SP - 40000 tr/minREALMECA
KX15 - 15000 tr/minHURON
IntervenantsREALMECA
HURON
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CIRTESCréation d’un fichier STL à partir du nuage de points
Centre de Recherche Technologique
Reproduction directe d’une œuvre d’art en prototypage rapide parle procédé de Stratoconception®
1 2 3
4 5 6
Exemple de reproduction d’une sculpture de Mr POLLES « Océane »
Original
création numérique
Nuage de points
Numérisation de l’œuvre
Fichier STL
Traitement du nuage de points
Art et Stratoconception®
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Procédé de Stratoconception® breveté - Brevets et marques C. BARLIER - CIRTES- France
Le Prototypage RapideProcédé de Stratoconception ®
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Centre de Recherche Technologique
1 2 3
4 5 6
Traitement du fichier STL avec le procédé de Stratoconception®
1. Modèle numérique
2. Visualisation des dépouilles et contre-dépouilles
3. Choix du sens de stratification
4. Tranchage
5. Placement des inserts
6. Mise en panoplie
1 2 3
4 5 6
Création d’un fichier STL à partir du nuage de points
Art et Stratoconception®
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CIRTES
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Réalisation des strates
Usinage des strates
L’usinage des strates est réalisé sur ce type de machine.
Ici, une STR 1500 de Charlyrobot
Art et Stratoconception®
Création d’un fichier STL à partir du nuage de points
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Montage
En cours de finition
Montage et finition de l’œuvre
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Œuvre finie
Création d’un fichier STL à partir du nuage de points
Art et Stratoconception®
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Fichier CAO de la pièce
Conception de l’outil
Maillage de l’outil au format STL
Machine de Prototypage
rapide
Pièce obtenuepar le procédé de fabrication
conventionnel
Procédé conventionnel
Fabrication de l’outillage perdu par procédé de PR
Art et Stratoconception®
Création d’un fichier STL à partir du nuage de points Reproduction d’une œuvre d’art par outillage rapide perdu
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1. Visualisation du fichier STL
2. Choix du plan de stratification, tranchage du moule et mise en place des inserts
3. Visualisation d’une strate au recto
4. Visualisation de la même strate au verso
5. Moule stratifié
6. Mise en panoplie
1 2 3
4 5 6
Reproduction d’une œuvre d’art par outillage rapide perdu
Art et Stratoconception®