Les formats numériques

Le besoin et les contextes

Que le contexte de production soit le prototypage, une preuve de concept ou la réalisation d'échantillons initiaux, la fabrication d'un produit fonctionnel unitaire ou encore la réalisation d'une série renouvelable, la mise en œuvre du procédé additif passe impérativement par le traitement numérique des données.

Ainsi, et même si la programmation est simple (chaque couche est définie dans un repère à deux dimensions), la quantité de données numériques nécessaire à la description des trajectoires de lasage est très importante (remplissages et contours), ce qui rend impossible une programmation « manuelle » du procédé.

De même, du point de vue de la quantité de données impactées, le positionnement actuel de la technologie(tests sur de nouveaux matériaux, génération de trajectoires complexes en limite des possibilités du procédé, validation de répétabilité, qualification de produit dans les domaines aéronautiques nécessitant la traçabilité des données de chaque couche...etc) conduit dans la plupart des cas de réalisation à prévoir de nombreux tests, essais ou plans d'expériences.

Cela impose naturellement l'enregistrement de l'ensemble des données du procédé sous forme numérique, en vue de traitement pour la qualification recherchée.

Enfin, les risques liés à la mise en œuvre du procédé (poudres Cancérigènes, Mutagènes et Reprotoxiques ainsi que hautement réactives en environnement ATEX par exemple) conduisent à la nécessité de contrôler de manière précise le processus par le SAP (système Automatisé de Production).

Une intervention ou un pilotage « manuel » du procédé n'est pas envisageable et en cela les procédés additifs trouvent naturellement leur place dans le cadre du concept d'usine 4.0.

Les contraintes liées au procédé et au processus (modification de la géométrie pour optimisation topologique, démarche collaborative de redéfinition, conception et assemblage des supports, découpage en couches du produit...) nécessitent actuellement un nombre important d'actions sur la définition numérique initiale du produit et l'impact de ces traitements sur la chaîne numérique doit être pris en compte.

Traitement séquentiel de la chaîne numérique :

  • Flux d'information unidirectionnel

  • Informations de bas niveau

  • Formats propriétaires en majorité

La démarche séquentielle, chronologique et linéaire de traitement de la chaîne numérique qui était utilisée auparavant ne convient donc plus en raison de la perte d'information numérique lors de chaque étape, et de la difficulté d'intervenir pour modifier un paramètre d'une étape antérieure. La nécessité s'est donc imposée d'utiliser des nouveaux formats de fichiers numériques (STEP-NC, 3MF, AMF...) permettant de stocker plus d'information numérique au sein du même fichier et également de pouvoir conserver l'historique des traitements

Modèle de traitement actualisé de l'information numérique :

  • Données encapsulées

  • Information enrichie possible (par croisement ou traitement)

  • Échange d'information possible avec les outils.

  • Portabilité éventuelle partielle ou totale

  • Possibilité d'envisager un fichier multi-process.

Exemples de données numériques liées à la réalisation d'un plateau :

  • Définitions surfaciques des pièces et désupportage créé.

  • Organisation du plateau et trajectoires de lasage générées (sens des vecteurs, vitesses, chevauchements...)

  • Paramètres de mise en couche

  • Stratégie de fusion et matière (températures, inertage)

  • Retours sur les temps technologiques ou les mesures réalisées pendant le processus.

  • Contrôles optiques de chaque couche...

De la CAO à la définition du plateau

L'une des particularités des pièces de fabrication additive est le caractère non homogène de leur structure. Le procédé permet ainsi de générer des volumes de densité ou de caractéristiques mécaniques variables selon les zones et le choix du concepteur, par des stratégies de lasage différentes ou simplement par des méthodes de remplissage adaptées.

Cela se traduit donc, du point de vue du modèle 3D, par l'obligation de passer de la description géométrique volumique intégrale (ou « pleine ») du modèle CAO à une description surfacique de la pièce, afin de différencier les volumes de remplissage et les surfaces externe de la pièce fabriquée.

Cette transformation du modèle volumique initial consiste donc à associer un ensemble de surfaces triangulaires à la géométrie de départ, ce qui génère nécessairement un décalage, appelé « erreur chordale » qui sera fonction de la taille et du nombre de triangles utilisés.

Cette étape d'exportation du modèle CAO au format STL (ou autre surfacique) impacte donc directement la précision de la pièce réalisée.

Un guide de paramétrage des modeleurs volumiques concernant cette opération d'export est disponible à l'adresse suivante :

https://axisproto.com/blogs/a-step-by-step-guide-on-how-to-export-stls-from-cad-software/

Deux paramètres sont généralement à définir afin d'obtenir un export satisfaisant :

- L'erreur chordale, parfois définie par l'écart entre 2 vertex ou encore appelée « précision ».

- La déviation angulaire maximale autorisée entre les normales de 2 triangles consécutifs.

Le nombre d'éléments ainsi créés dépend donc de ce paramétrage et impacte directement la taille du fichier généré.

Une optimisation de ces paramètres devra être envisagée lorsque le niveau de précision recherché n'est pas compatible avec la taille de fichier obtenue.

Cette optimisation sera toutefois directement liée à la géométrie de la pièce (rayons de raccordements, fortes variations de géométries ... ).

Afin de répondre en partie à ces limitations dues au standard de description des éléments, de nouveaux formats sont apparus, comme le .3mf, ou le .amf, qui permettent d'associer des normales aux vertex qui pourront être utilisées pour générer des surfaces complexes et ainsi minimiser l'écart au profil recherché.