[Technologie] La rétro-conception et la fabrication additive en 5 applications

Si les applications induites par la révolution de la fabrication additive se multiplient jour après jour, chaque impression nait d’un fichier numérique 3D. Au temps de l’informatique et du cloud, finis les plans papier et les heures passées à dessiner, la CAO -Conception Assistée par Ordinateur- est passée par là il y a plusieurs dizaines d’années déjà. 

Cependant, tout produit existant n’a pas été conçu par ordinateur, que ce soit par soucis monétaire, technique, ou simplement parce qu’il a été créé avant l’ère du numérique. 

Comment faire lorsqu’alors nous voulons produire, ou reproduire, un produit inconnu du monde informatique ? La rétro-conception arrive à point nommé et permet la numérisation par scanner 3D d’un objet, permettant ensuite les innombrables applications ouvertes grâce à cette porte.

Pas de détails techniques ici sur le procédé intrinsèque, mais plutôt un aperçu des domaines d’application de cet outil encore trop peu populaire.

1 - Le secteur automobile

Restaurer des voitures anciennes devient de plus en plus compliqué au fil des ans, les pièces détachées se faisant rares et les plans souvent oubliés voire inexistants. Partant d’un exemplaire emprunté d’un autre passionné, il est maintenant possible de recréer rapidement les pièces mécaniques telles qu’elles étaient à l’origine.

Un exemplaire d’une Ferrari 312P a retrouvé un bloc moteur neuf grâce à la rétro-conception, pour le plus grand plaisir de nos oreilles et de nos yeux.

2 - L'armée

L’armée française n’est pas la seule à constater le vieillissement de ses outils et engins de terrain, devant mettre de côté grand nombre de véhicules suite à l’impossibilité d’avoir des pièces de remplacement indispensables à leur fonctionnement.

Que ce soit pour repartir au combat ou simplement restaurer des gloires d’antan, la rétro-conception permet une restauration très abordable des chars, avions ou bateaux, en évitant l’achat d’un nouvel appareil flambant neuf. 

L’exemple ici présente un avion de chasse israélien trentenaire, réparé avec des pièces scannées, rétro-conçues, puis imprimés en 3D.

3 - Le domaine industriel

L’industrie, à son tour, numérise de nombreux outils pour différentes applications : recréer un outillage spécifique fait initialement main en cas de casse, créer des gabarits de contrôle sur la base de produits existants, ou simplement modifier en détail une pièce ou un outil en faible exemplaire.

Un exemple d'un support multifonctions et pouvant possiblement casser, avec à gauche le nuage de points issu directement du scan 3D et à gauche la pièce reconçue sous CAO. Une fabrication métal 3D permet alors un stockage de secours, le sous-traitant la fabriquant originalement ayant fermé ses portes.

4 - Le secteur des loisirs

Dans l’univers des passionnés et nostalgiques du passé, le domaine du jeu vidéo rassemble nombre d’enthousiastes. La console Amstrad GX4000, vendue à environ 15 000 exemplaires au début des années 90, est aujourd’hui ressortie des placards avec des boitiers de cartouches rétro-conçues et imprimées en 3D, avec possibilité de mettre des jeux de consoles similaires sur carte SD dans un environnement protégé.

Créées par une communauté dans le cadre du projet C4CPC, ces cartouches sont désormais partagées librement sur le net pour le plus grand plaisir des grands enfants.

5 - L'art

Que ce soit pour répertorier les œuvres ou pour en reproduire à but humanitaire, la rétro-conception arrive dans nos musées. La belle initiative d’une entreprise finlandaise par le projet Unseen Art qui imprime des tableaux, pour le moment les plus connus, en 3D à destination des non-voyants pour leur permettre d’imaginer par la 3D une peinture 2D.

L’exemple du tableau le plus connu de la planète, La Joconde de Léonard de Vinci, désormais à la portée de tous.

[Actualité] Comment l'écurie de Formule 1 Lotus utilise l'impression 3D au quotidien

La Formule 1 est un sport dans lequel l'innovation technique tient une place centrale, exigeant que les équipes travaillent sans relâche pour avoir toujours une longueur d’avance sur la concurrence. Les efforts de recherche et développement ne s'arrêtent jamais, et chez Lotus F1 Team (propulsé par Renault) la participation active des partenaires techniques joue un rôle crucial, permettant une organisation rationnelle et efficace de la R&D, afin qu’elle puisse atteindre ses objectifs.

« Course après course, de nouveaux éléments en matériaux composites complexes et des alliages innovants voient le jour après avoir subi un processus de sélection très strict dans les laboratoires de R&D et de simulation », explique le directeur technique Nick Chester. « A la fin d'une saison, nous estimons que notre voiture de course doit être plus rapide d’une seconde au tour que lorsque nous l’avons commencée, et nos partenaires techniques sont soumis à la même exigence de qualité et de recherche de la performance. Nous ne sommes pas intéressés par les technologies partenaires qui ne seraient pas en mesure d’apporter leur pierre à notre édifice, et qui ne partageraient pas nos valeurs de recherche de l’excellence ».

L'histoire de l'impression 3D à Enstone a commencé en 1998, lorsque le premier système 3D stéreolithographie SLA® 5000 a été mis en service dans le but de faire du prototypage rapide. Si les tests de fonction et d'ajustement étaient les principales applications de ce nouvel appareil, le potentiel de la technologie ne pouvait pas passer inaperçu auprès des aérodynamiciens, à l'époque, de l’équipe Benetton Formula One,  au vu de la complexité des éléments pouvant être produits par les technologies d'impression 3D.

Impression 3D pour test en soufflerie

Le responsable du département d’aérodynamique chez Lotus F1 Team, explique : « Une fois que l'équipe a obtenu sa machine 3D Systems, nous avons commencé à l'utiliser pour développer des prototypes de composants possédant des tailles et des fonctions innovantes. L'utilisation de technologies des prototypage utilisé en soufflerie et vers la fabrication a fait passé notre département d’aérodynamique de 11 à 80 employés. En soufflerie, l'aérodynamique est une science empirique. Nous concevons et comparons les nouvelles idées, puis nous choisissons en fonction des résultats les pistes à suivre. Plus nous disposerons d’idées à comparer et à évaluer, plus nous nous rapprocherons du but. » Dirk poursuit : « Le prototype de la voiture est placé dans la soufflerie au cœur d'un réseau complexe de capteurs de pression. Avant l’arrivée des techniques d'impression 3D, ces capteurs étaient placés en forant des espaces de dimensions adaptées dans les composants en fibre de carbone ou en métal. La possibilité de produire des pièces complexes comportant un réseau élaboré de canaux internes a révolutionné notre capacité à placer ces capteurs en nombre. C'est un rêve devenu réalité pour les aérodynamiciens ! »

Lotus possède aujourd’hui dans ses centres 9 solutions d'impression 3D différentes, qui permettent une fabrication directe et rapide de pièces de voitures.

Thomas Mayer, chef de l'exploitation chez Lotus F1 Team, n’a aucun doute sur les progrès apportés par cette technologie : « Les premières pièces créées par une imprimante 3D ont été installés dans une voiture de course en 2001 et, suite à leurs performances, nous avons continué à repousser les limites de ces matériaux. Depuis le lancement de notre Centre de fabrication numérique avancée (ADM) en 2002, les technologies 3D Systems sont devenues un procédé de fabrication à part entière, qui nous a permis de réduire à la fois les temps de production et les coûts, apportant d’indéniables avancées à l'équipe. D'une part, nous apprécions le fait de pouvoir fabriquer rapidement de multiples versions de la même pièce pour les tests en soufflerie, et d'autre part nous voyons le nombre de pièces issues de cette technique intégrées à la voiture croître chaque année. »

Conduit de refroidissement de boitier électronique imprimé en 3D et intégré dans la voiture

Concrètement, Lotus F1 Team peut non seulement tester plus de 600 pièces par semaine en soufflerie, mais également construire certaines parties du véhicule directement à partir de données numériques en utilisant les technologies. Un fois un concept considéré comme terminé par les designers, celui-ci est envoyé, avec la sélection de matériaux choisis pour la construction, au centre technique. Grâce aux technologies SLS ® (Frittage de poudre), des éléments complexes d’automobiles sont produits en quelques heures et non plus en quelques semaines, permettant une évaluation rapide du produit fini et une correction rapide si nécessaire.

Lotus F1 Team produit également des composants de boîtes de vitesses et de suspensions basés sur des modèles précis, et peut désormais être plus créatif en termes de conception depuis que les restrictions sur les complexités maximales ont été supprimées. Le processus d'impression et prototypage 3D suit le plan exact de la CAO  grâce à sa précision extrême, permettant un gain de temps considérable.

Afin de réduire les temps de production et les coûts, l'objectif ultime de la Lotus F1 Team est d'utiliser l'impression 3D comme une technologie entièrement industrialisée permettant de produire des pièces de voitures prêtes pour la course en grand nombre. Lotus s’intéresse  particulièrement au développement de matériaux imprimables capables de résister à l'environnement extrême d’une F1. Les températures intenses (la température moyenne d'une voiture de Formule Un est de 250°C) et les vibrations constituent en effet un obstacle de taille mais, tout comme la F1, les matériaux imprimables en 3D sont en constante évolution.