Les méthodologies de conception pour la FA

(Rosen, 2007) est un des premiers à avoir proposé une méthodologie générique de conception pour la FA ouvrant l’étude aux champs des possibilités de la FA et au bio-mimétisme. La

méthodologie proposée (Figure 37 (a)) englobe la recherche de concept, la sélection du procédé, les étapes de conception ultérieures et la conception pour la fabrication.

(Salonitis, 2016) aide les concepteurs à prendre en compte tous les aspects du processus de FA grâce à la méthode de conception axiomatique. Quatre domaines sont définis (Figure 37 (b)): besoins client, exigences fonctionnelles, paramètres physiques et les paramètres de production. Afin d’améliorer la conception pour la FA, la méthodologie générique proposée introduit les directives de fabricabilité dès les premières étapes de conception, dans les domaines fonctionnel et physique.

(a) (b)

Figure 37. (a) Méthodologie DfAM proposée par (Rosen, 2007) ; (b) Méthode axiomatique pour la FA (Salonitis, 2016)

(Rodrigue & Rivette, 2010) sont les premiers à proposer une méthodologie globale de conception pour la FA. Le cas d’étude est un produit mécanique dont les pièces qui font partie de la même classe d’équivalence sont unies puis chaque composant est optimisé topologiquement.

(Ponche, 2013) a mis en place une démarche globale de DfAM prenant en compte des avantages de l’optimisation topologique et des contraintes de fabrication des procédés de dépôt de matière sous énergie concentrée et plus particulièrement le CLAD. Cette méthodologie se décompose en quatre grandes étapes :

 définition du domaine de conception,

 définition de la géométrie théorique,

 définition de la géométrie dite réaliste,

 qualification et classement des différentes solutions.

L’étude de la trajectoire du dépôt de matière est aussi effectuée pour la technologie CLAD. Cette étude est une des premières à ouvrir la conception pour la FA en exploitant ses opportunités et en appliquant les contraintes.

Une démarche globale qui prend en compte l’évolution du domaine des possibles en conception, et permet la génération de formes nouvelles tout en respectant les contraintes de fabrication de fusion sur lit de poudre par faisceau d’électron (EBM) a été rédigée par (Vayre, 2014). Les quatre étapes sont les suivantes :

 génération de forme initiale,

 raffinement de la géométrie,

 validation de la pièce.

Ces deux méthodologies proposées ne prennent pas tous les aspects de la FA en compte tels que :

 l'orientation de la pièce qui se base uniquement sur l'espace machine sans prendre en compte l’état de surface final de la pièce, ni la résistance mécanique de celle-ci,

 la génération du support qui est laissée au logiciel de tranchage,

 tout le champ des possibilités qui n’est pas exploité,

 la conception d’un assemblage complet.

(Boyard, 2015) propose une méthode globale dont l’étape clef est la mise en place d’un graphe des fonctions. Le graphe permet de représenter les liens entre les surfaces fonctionnelles par les tolérances géométriques. L’aspect paramétrage machine a été pris en compte tout au long de la méthodologie. La méthodologie est composée de trois étapes permettant :

 d’intégrer les supports de la pièce lors de la phase de conception,

 d’anticiper les défauts de forme,

 et de minimiser le temps et la matière consommée directement lors de la conception CAO.

La méthodologie est orientée pour le procédé FDM (malgré une volonté d’ouverture à tous les procédés de FA) pour l’adapter à la FA multi-matériaux.

Toutes ces méthodologies globales précédemment présentées ont en commun les étapes de conception suivantes, essentielles pour la FA (comme le montre la Figure 38) :

 recueil des exigences,

 optimisation,

 interprétation des résultats,

 reconception,

 analyse par éléments finis,

 conception finale.

Figure 38. Etapes de l’optimisation topologique, avec l'exemple d'une réduction de masse de 75% pour un cube soumis à une charge de compression sur la face supérieure (Walton & Moztarzadeh, 2017)

Ces étapes sont nécessaires mais ne sont pas forcément suffisantes pour une conception fiable et optimisée d’une pièce. C’est pourquoi, (Salmi et al., 2018) proposent une méthodologie en intégrant dans les étapes ci-dessus la prise en compte de l’usinage des pièces fabriquées par FA. Ainsi, les surépaisseurs d’usinage, et des ajouts de fonctions telles que les guides de perçage sont réalisés dans la conception finale. De même (Schmelzle et al., 2015) suggèrent une méthodologie pour (re)concevoir une pièce en prenant en compte les contraintes de fabrication, la diminution de support, mais aussi de post-traitement et de contrôle pour le LBM.

Plusieurs approches de conception peuvent être appliquées. (Klahn et al., 2015) en ont distingué deux :

 Stratégie de conception axée sur la fabrication,

 Stratégie de conception axée sur les fonctions.

Cette réflexion peut s’apparenter à celle de (Hällgren et al., 2016) qui proposent une méthodologie de reconception de pièces pour la FA composée de deux chemins distincts :

 réduire le coût des pièces,

 améliorer les performances.

Le résultat de la conception est différent en fonction du chemin choisi d’un point de vue coût, masse, temps de conception...

(Kumke et al., 2016) distinguent deux familles de DfAM :

 Le DfAM au sens strict qui prend en compte : o les règles de tracé,

o l’exploitation du champ des possibilités de la FA.

 Le DfAM au sens large qui prend en compte :

o Le choix du procédé de FA et la stratégie de production, o Le choix des pièces à faire en FA,

o La fabrication tels que les paramètres machine, la fabrication hybride (combinaison entre la FA et procédés traditionels), le choix de l’orientation… Suite à cette analyse, une méthodologie de conception globale (inspirée du processus normalisé de développement et de conception de produit VDI 2221) est proposée et permet de guider les concepteurs novices ou expérimentés comme le montre la Figure 39. Cette méthodologie se veut applicable à tous les procédés de FA. Le cas d’étude est la réalisation d’une pièce en exploitant les opportunités de la FA tout en appliquant les contraintes.

Dernièrement un article de (Pradel et al., 2018) montre que les connaissances à avoir pour la conception de pièce pour la FA sont très étendues. C’est pourquoi, ils proposent de classer les articles scientifiques ainsi que tous les autres apports (livres blancs, sites internet…) en fonction des apports fournis lors de la conception. La méthodologie ainsi proposée se veut applicable pour tout procédé et permet de prendre en compte tous les aspects de la FA que ce soit du choix des pièces à l’optimisation ou encore la fabrication. Cette méthodologie n’est pas validée par un

cas d’étude. De plus, il n’est pas indiqué si la méthodologie de conception peut s’appliquer sur un produit mécanique ou sur une pièce seule.

La plupart des méthodologies ont pour but la conception ou reconception d’une pièce. Toutefois, (Sossou et al., 2018) proposent la conception d’un mécanisme avec la fabrication directe de liaisons en prenant en compte les contraintes machine pour l’obtention des jeux nécessaires, l’enlèvement des supports…