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Académie de l’Air et de l’Espace Conférence technique : fabrication additive
AAE Mercredi 25 Mai 2016
Dr Thierry THOMAS, Directeur Safran Additive Manufacturing – Safran Tech
3trpd.co.uk
Echangeur thermique
ST
RA
TAS
YS
FESTO
FESTO
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Présentation du groupe Safran
AAE 25 Mai 2016 Fabrication additive par Thierry THOMAS Safran
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Répartition du chiffre d’affaires 2015
CHIFFRES CLÉS
2
Equipements aéronautiques
Défense
28 %
7 % 54 %
11 % Sécurité
Propulsion aéronautique
et spatiale
Chiffre d’affaires : 17,4 milliards d’euros
Résultat opérationnel courant : 2,4 milliards d’euros
Résultat net - part du Groupe : 1,5 milliard d’euros
56 %
15,4 %
Public
70,9 %
Autodétention / Autocontrôle
0,1 % Salariés
13,6 %
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SAFRAN DANS LE MONDE
Au 31 décembre 2015
Europe
49 000 Amériques
14 200 Asie / Océanie
3 900 Afrique / Moyen-Orient
2 900
plus de 70 000 collaborateurs
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Plus de 70 000 salariés dans plus de 60 pays
Plus de 7 700 recrutements en 2015
21 % des effectifs en Recherche & Développement et 50 % en Production
4,4 % de la masse salariale consacrés à la formation (France)
Plus de 1,6 million d’heures de formation dispensées par Safran dans le monde en 2015
RESSOURCES HUMAINES LES SOCIETES DU GROUPE
4 / AAE 25 Mai 2016 Fabrication additive par Thierry THOMAS Safran
LES SOCIETES DU GROUPE
• Snecma • Turbomeca • Herakles
• Messier-Bugatti-Dowty • Aircelle • Labinal Power Systems • Hispano-Suiza • Sagem
• Morpho
Propulsion Aéronautique et Spatiale
Sécurité
Equipements Aéronautiques
Défense
Dénominations susceptibles de modifications
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PROPULSION AERONAUTIQUE
M88-4E 7,5 t
Rafale
Mirage F50
Atar 09K50 7,2 t
AlphaJet
Larzac® 1,4 t
(bizjets)
Silvercrest 4,5 t
EC145
Arriel 692 ch
NH90
RTM322
2 400 ch
PPS®1350 8 g
Satellites
200 N 20kg
A400M
TP400 11 000 ch
B737
CFM56-7B 10 t GE90-115B
52 t
B777
A380
GP7200 36 t
A340
CFM56-5C 15 t
HM7-B 6 t
Vulcain®2 130 t
Boosters MPS 650 t
Ariane 5 ECA
CFM56-5B 12 t
A320
M53 9,5 t
Mirage 2000
Superjet100
SaM146 7 t
N° 1 mondial • des moteurs d’avions civils de plus de 100 places • des moteurs d’hélicoptères
N° 2 mondial • des moteurs spatiaux à propulsion cryotechnique • des moteurs spatiaux à propulsion solide • de la génération de puissance électrique
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EQUIPEMENTS AERONAUTIQUES
Systèmes d’atterrissage et de freinage
Nacelles et inverseurs de poussée
Câblage
N° 1 mondial • des systèmes d’atterrissage et de freinage • des roues et freins carbone pour les avions civils • des systèmes d’interconnexions électriques
aéronautiques • des transmissions de puissance
Transmissions de puissance
Freins carbone
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SAFRAN, PARTENAIRE DES GRANDS PROGRAMMES AERONAUTIQUES (1/2)
BOEING 737NG et 737MAX AIRBUS A320 and A320 Neo
COMAC C919 Sukhoi SUPERJET
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SAFRAN, PARTENAIRE DES GRANDS PROGRAMMES AERONAUTIQUES (2/2)
AIRBUS A380
AIRBUS A350
BOEING B787
AIRBUS H160
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SAFRAN, PARTENAIRE DES GRANDS PROGRAMMES AERONAUTIQUES MILITAIRES
RAFALE
AIRBUS A400M
N° 4 mondial • des moteurs d’avions militaires
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DEFENSE
OP
TR
ON
IQU
E (
Pro
gra
mm
e F
EL
IN)
N° 1 européen • des drones tactiques • des systèmes optroniques
N° 3 mondial • des systèmes de navigation inertielle
SPERWER
Sperwer (SDTI) : drone tactique En service opérationnel dans 4 pays
PETROLER Drone de surveillance longue endurance
pour la défense et la sécurité
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SECURITE
2 technologies de pointe :
• L’identification biométrique
• La détection des produits illicites et dangereux
SECURITE AUX FRONTIERES : Une offre intégrée unique pour sécuriser l’embarquement des passagers
et de l’équipage, et l’accès aux zones de sûreté
Identification biométrique => Accréditation du personnel => Contrôle d’accès => Contrôle d’identité des passagers
Détection => Détection passagers => Détection à l’embarquement => Détection tomographique des bagages
N° 1 mondial
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Autodirecteur MICA Aube fan RTM tissées 3D
Frein carbone à commande électrique
Gyroscope résonnant hémisphérique
Equipements Félin
Reconnaissance biométrique
Contrefiche composite 3D train B787
Tuyère, chambre et aubes de turbine en matériaux CMC
Inverseur A380 à commande électrique
Simulations complexes
Caméra thermique
Ventilation A380
L’INNOVATION AU COEUR DE TOUS LES PRODUITS DU GROUPE Technologies - architectures - procédés
RECHERCHE & ENVIRONNEMENT RECHERCHE & ENVIRONNEMENT
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- 80 %
NOX CO2 Bruit * Par rapport aux avions en 2000
- 50 % - 50 %
VERS UNE PERFORMANCE DURABLE
70 % du budget R&D Safran est dédié au progrès de l’impact du transport aérien sur l’environnement
Objectifs ACARE 2020* (Conseil Consultatif pour la Recherche Aéronautique en Europe)
RECHERCHE & ENVIRONNEMENT
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UN ENGAGEMENT FORT DE SAFRAN
Safran s’investit dans toutes les initiatives collaboratives visant à accélérer l’atteinte des objectifs établis par l’ACARE
Safran est membre du CORAC, Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile, créé dans le cadre du Grenelle de l’environnement pour coordonner les efforts de recherche en France
Safran est engagé dans le programme de recherche Clean Sky (Joint Technology Initiative), financé par la Commission Européenne et l’Industrie
organisation structurante européenne en matière de recherche aéronautique doté d’un budget global de 1,6 milliard d’euros sur 7 ans ayant pour objectif la mise au point de technologies innovantes et en rupture ouvrant la voie à des
développements de systèmes de transport aérien respectueux de l’environnement comportant des essais de validation à grande échelle
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RECHERCHE & ENVIRONNEMENT
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AU CŒUR DE LA STRATÉGIE
Dépenses en R&D : plus de 2 milliards d’euros en 2015, soit près de 12 % du chiffre d’affaires
La R&D mobilise 21 % des effectifs du Groupe, et 185 doctorants travaillent chez Safran
Plus de 900 brevets prioritaires déposés par Safran en 2015 (n°2 en France)
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RECHERCHE & INNOVATION
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La fabrication additive
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PLAN
Introduction Contexte Généralités
La fabrication additive – Point de vue industriel Applications Technologies et matériaux Cibles d’industrialisations
La fabrication additive – Point de vue technique Briques technologiques Du prototype au monde industriel Atouts et limites
Conclusion
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FABRICATION ADDITIVE - GÉNÉRALITÉS
Contexte
La fabrication additive : de plus en plus présente à travers le monde, c’est une
ramité industrielle et non plus un outil de prototypage
Barack Obama, Février 2013 : « 3D Manufacturing has the potential to revolutionize the way we manufacture almost everything »
Des développements très importants en Europe (France, UK, Allemagne), Japon et Chine
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FABRICATION ADDITIVE : QQ CHIFFRES
En quelques chiffres : US$ in Millions
Years
+24,1%
+29,4%
+34,9%
+32,7%
Worldwide Additive Manufacturing Product & Services
Product
Services
Source : Wohlers 2014
AM products : AM system, system upgrades, materials, aftermarket products Services : Service providers, system maintenance contracts, trainings, seminars, conferences,
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FABRICATION ADDITIVE - GÉNÉRALITÉS
Historique Stéréolithographie dans les années 1980 1984 :1er brevet (français !) Fin des années 90 : 1ère technologie métallique
Principe de fonctionnement
« Slicing »
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PLAN
Introduction Contexte Généralités
La fabrication additive – Point de vue industriel Applications Technologies et matériaux Cibles d’industrialisations
La fabrication additive – Point de vue technique Briques technologiques Du prototype au monde industriel Atouts et limites
Conclusion
Injecteur – Arrano SAFRAN Helico Engine Turboméca
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APPLICATIONS
Décoration, prototypes, jouets
Sport
Mode
Dentaire
Médical
Automobile
Aérospatial
Bijouterie
http://3dprint.com
tctmagazine.com - AIRBUS
prodways.com
fabricatingandmetalworking.com
eos.info
Architecture
Aéronautique
Alimentaire
General Electric
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APPLICATIONS AÉRONAUTIQUES - SAFRAN
© Rémy Bertrand, TURBOMECA, SAFRAN
Injecteur – Arrano Turboméca
Redresseur Snecma
Compresseur Bloc hydraulique
Messier-Bugatti-Dowty
Aube HPT « e-APU » Microturbo
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Source : ISO 17296-2:2014E
7 familles de procédés Matériaux Exemples
matériaux Catégories de procédés
Polymérisation Jet de matière
Jet de liant
Fusion sur lit de poudre
Extrusion de matière
Déposition de matière
Lamination de feuille
Thermodurcissables
Exposies et acrylates
X X
Thermoplastiques
Polyamides, ABS, PPSF
X X X X X
Bois Papier X
Métaux Aciers, alliages de titane, d’aluminium, chome cobalt
X X X X
Céramiques Alumina, zircon, silicone, nitride
X X X X
Structures céramiques
Ciment, sable de fonderie
X X X
Note : Des combinaisons des matériaux ci-dessus, (type composites) sont possibles
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Technologies « Polymères »
Fused Deposition Modelling (FDM) Polyjet (impression 3D) Selective Laser Sintering (SLS)
Continuous Liquid Interface Construction (CLIP) Stéréolithographie Apparatus (SLA) 3dilla.com blogs.gartner.com
3daddfab.com custompartnet.com custompartnet.com
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CONTINUOUS LIQUID INTERFACE CONSTRUCTION
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Machines FDM
MakerBot Replicator Modèle « Grand Public »
Stratasys Fortus 900mc Modèle industriel
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Technologies « métalliques » Technologie lit de poudre
Laser Beam Melting
Electron Beam Melting
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Machines eos (M280) Dimensions max pièces = 400 x 400 x 400 mm (eosM400)
Machine ConceptLaser (Xline 1000R) Dimensions pièces = 600 x 400 x 500 mm
Machines Renishaw (AM250)
Machines SLM
Majorité des machines : 250 x 250 x 250 mm
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EBM : ELECTRON BEAM MELTING
28 avril 2016- UTT / Conférence technique fabrication additive AAE 25 Mai 2016 Fabrication additive par Thierry THOMAS Safran
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Technologies « métalliques » Direct Metal Deposition (DMD)
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Technologies « métalliques » Metal Injection Molding (MIM)
Cold Spray
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Technologies « métalliques » Metal Injection Molding (MIM)
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Autres technologies Binding Jetting
Machine VoxelJet
Machine ExOne
TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
Matériaux
Thermoplastiques type : • ABS • PEEK • Polyamide / nylon • Polyamide fibré (verre,
aluminium, carbone …) • Polycarbonate • PPSF/PPSU • ULTEM™ (PEI)
Polymères
Type caoutchouc
additivemanufacturing.com - SABIC
cadvision.fr
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TECHNOLOGIES ET MATÉRIAUX
28 avril 2016- UTT / Conférence technique fabrication additive
Matériaux
Or et autres métaux précieux
Métaux
Base nickel et base cobalt
Titane
Alliages d’aluminium
ipmd.net © Rémy Bertrand, TURBOMECA
3ders.org - Arup
Aciers (Inox, Maraging)
3trpd.co.uk
Cuivre
Béton Papier
mcortechnologies.com
Sable
voxeljet.de
Autres
Porte-fusée (automobile) Injecteur
Echangeur thermique Pendentif
Structure lampadaire Prothèse de fémur
Moule de fonderie
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Simple Part
Complex Part
Small parts
Big Parts
Projection laser
Frittage laser
M.I.M.
ISOPREC
L. O. M.
LBM / EBM
MIM*
Complex Tooling
No Tooling
One part Big serial
M.I.M.
ISOPREC
L. O. M.
MIM*
Contraintes techniques
Projection laser
LBM / EBM
Contraintes géométriques
Prototyping
Projection laser
net shape
Function addition; Repair
near net shape
CIBLES D’INDUSTRIALISATION
SPS
SPS
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CIBLES D’INDUSTRIALISATION
Coût peu sensible à la taille de la série
Fonctionnalisation, personnalisation et complexité disponible quasi sans coût
Propice pour l’industrie aéronautique et aérospatiale !
Coût – Série et Fonctionnalité
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LES ENJEUX FA POUR SAFRAN
Spare, Réparations & re-industrialisations (OOPS)
Outillages, pièces supports, instrumentations, FTI
Réduire « Time to Market » Changement rapide
et personnalisation
Petites séries incluant l’Espace
Fonctions complexes
Innovation, intégration de fonction Breakthrough
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LES ENJEUX FA POUR SAFRAN
Innovation et intégration de fonctions
Microturbo APU Engine 100% AM
BionicANTs: les fourmis robots de Festo
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R&T : MAÎTRISER LES BRIQUES TECHNOLOGIQUES
Poudre / Matériau Nouveaux alliages adaptés Supply Chain Qualification Conception
Optimisation topologique Conception vs Production Conception vs coût Approche fonctionnelle Certification
Post-fabrication Traitement thermique Usinage et finitions
CND Défauthèque Performance CND
Contrôle procédé & simulation Automatisation Contrôle procédé en temps réel Simulation du procédé Optimisation du procédé
DM part Polished Part Final part
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PLAN
Introduction Contexte Généralités
La fabrication additive – Point de vue industriel Applications Technologies et matériaux Cibles d’industrialisations
La fabrication additive – Point de vue technique Briques technologiques Du prototype au monde industriel Atouts et limites
Conclusion
Redresseur Snecma : INCO718
Turbine Vane Turbomeca nickel
based alloy
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BRIQUES TECHNOLOGIQUES
Conception - Adaptation aux contraintes de fabrication - Optimisation topologique
Préparation - « Slicing » - Organisation sur le plateau - Préparation de la machine
Fabrication
- Suivi - Contrôles in-situ - Contrôles procédé
Post-Traitements - Usinage - Traitements thermiques - Traitement de surface
Contrôles
- CND - Contrôles destructifs
De la conception à l’industrialisation
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DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL - CONCEPTION
1ère étape :
Garder la définition, substituer le procédé
- Iso-design - Propriétés mécaniques - Sans outillages
3ème étape :
Nouvelle définition pour améliorer les performances
- Optimisation topologique - Optimisation fonctionnelle - Nouveaux matériaux
Exploiter le potentiel de la fabrication additive en terme de conception
HP Vane
2ème étape :
Re-concevoir pour réduire les coûts et le cycle
- Adaptation de la géométrie - Intégration de fonctions - Multi-fonctions
LSPH Vinci Collector
Injecteur Tourbilloneur
TURBOMECA
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Optimisation topologique Consiste à trouver la répartition de matière idéale dans un volume donné soumis à
des contraintes
Méthode SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) Densité d’élément varie entre 0 et 1
0 : Pas de matière 1 : Matière
[ Julie Quérois –– AIRBUS ]
DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL - CONCEPTION
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Structures lattice et structures poreuses Beaucoup de potentiel mais aussi beaucoup d’obstacles Optimisation des performances (thermique, mécanique, géométrique…)
DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL - CONCEPTION
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DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL – PRÉPARATION ET FABRICATION
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Usinage Séparer les pièces du plateau Retirer de support Atteindre les cotes
Traitements de surface
Retirer les poudres résiduelles Améliorer l’état de surface
Traitements thermiques Relâcher les contraintes résiduelles Atteindre des propriétés mécaniques
Développer des moyens adaptés à la fabrication additive
DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL – POST-TRAITEMENTS
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Développer des moyens de simulations De la poudre aux pièces
Développer les moyens de contrôles In-situ Post-fabrication
Destructif Non destructif
Mettre en place : Une défauthèque Une base de données matériaux
DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL– CONTRÔLES
Simulation multi-échelle pour prévoir le comportement métallurgique
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DU PROTOTYPE AU MONDE INDUSTRIEL
Certifier les pièces
Assurer la chaîne d’approvisionnement Évaluer les capacités/compétences actuelles Donner de la visibilité aux partenaires sur les attentes futures Accompagner leur développement et leur montée en compétences
Adresser aux fournisseurs Des qualifications procédés Des spécifications matériaux (poudre) Des spécification de post-traitements et de finitions Des exigences de contrôles (détection de défauts et contrôle du procédé)
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ATOUTS ET LIMITES
Développement Production série Après vente • Gain de masse • Augmentation des performances • Fonctionnalisation • Prototypes
A travers 3 grandes phases
• Complexité « gratuite » • Pas d’outillages • Alternative • Gain de temps • Dimensions limitées • Volumétrie très limitée • Dangers liés à l’utilisation de poudre • Post-traitements
• Retrait des supports • Contraintes résiduelles • Etat de surface
• Agilité et flexibilité • Réduction du lead-time pour
rechange • Réparation • Contrefaçon • Contraintes de fabrication
La fabrication additive n’est pas une réponse à tout ! Mais son potentiel est énorme pour peu que nous amenions nos équipes à réfléchir autrement…….
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CONCLUSION
Fabrication additive : nouvel outil complémentaire ! Toujours étudier le rapport bénéfices/coût
Grandes ambitions dans le monde industriel
De nombreux verrous restent encore à résoudre
La chaîne numérique et sa maitrise sont primordiales
La chaîne industrielle n’est pas encore établie mais elle démarre
Certifications et normalisations en cours, un enjeux de premier ordre …
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