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CAO et Prototypage rapide 2017-2018 Objectifs de l’enseignement : Ce cours perm

CAO et Prototypage rapide 2017-2018 Objectifs de l’enseignement : Ce cours permettra à l’étudiant(e) de maîtriser des techniques de CAO industriels pour concevoir des pièces ou des produits et en préparer l'industrialisation. Découvrir les fonctionnalités principales des logiciels et les mettre en œuvre sur des thèmes de conception. Découvrir certaines applications avancées comme le prototypage rapide. Contenu de la matière : •1. CAO, conception assistée par ordinateur •1.1. Introduction à la CAO •1.2. Développement en CAO •1.3. Conception de produits •1.4. Du CAO au calcul •1.5. Méthodes et outils de CAO •1.5. Méthodes et outils de CAO •2. Le prototypage rapide •2.1. Définition •2.2. Exemples de procédés de prototypage rapide •2.3. Avantages et limites des différents procédés 3. Interface CAO/prototypage rapide J’ai une idée d’une pièce dans ma tête ?? L’idéal… J’ai une idée d’une pièce dans ma tête!! ?? Je connecte ma tête à la machine L’idéal… La pièce est usiné directement sur la machine J’ai une idée d’une pièce dans ma tête!! ?? La pièce est usiné directement sur la machine J’ai une idée d’une pièce dans ma tête!! ?? Je souhaite la fabriquée sur la machine FAO J’ai une idée d’une pièce dans ma tête!! ?? Je mets mes idées sur le papier en faisant un croquis! FAO CAO J’utilise un logiciel de conception pour faire le dessin Préparation de l’usinage Introduction à la CAO Nous pouvons définir la Conception Assistée par Ordinateur (CAO) par l’ensemble des outils logiciels Ordinateur (CAO) par l’ensemble des outils logiciels et des techniques informatiques qui permettent d’assister les concepteurs dans la conception et la mise au point d’un produit. Introduction à la CAO Un logiciel de CAO se compose généralement de quatre parties majeures qui peuvent être organisées comme suit : 1- Le modeleur géométrique: il représente "la planche à dessin". Nous trouvons dans cette partie les composants géométriques essentiels: points, droites, cercles, ellipses, plans, sphères, cylindres, cônes, surfaces de révolution, surfaces de sphères, cylindres, cônes, surfaces de révolution, surfaces de balayage, etc. Il intègre également les composants topologiques: sommets, faces, arêtes, orientations, coïncidences, adjacences, intersections, soustractions, unions, etc. 2- L’outil de visualisation. 3- Un certain nombre d'applications: nous retrouvons le calcul des grandeurs géométriques (distances, inerties, volumes, masses, etc.), les fonctions métiers: assemblage de pièces, production de plans, simulation d'usinage, moulage, pièces, production de plans, simulation d'usinage, moulage, fraisage, etc. 4-Un contrôleur: il gère et manipule les intersections entre les trois outils cités précédemment. Les principaux logiciels dévoués à la CAO «Constructive Solid Geometry» (CSG) ou l’arborescence de construction les cinq générations de systèmes de CAO Le diagramme représentant les cinq générations de systèmes de CAO Boundary Representaion construction 1- La modélisation surfacique Elle est la première technique qui permet aux concepteurs de réaliser des modélisations tridimensionnelles de manière beaucoup plus approfondie que la modélisation à l’aide de fil de fer. Avec cette technique, l’utilisateur a la possibilité de modéliser une pièce (un objet) par son enveloppe surfacique totale qui délimite cet objet dans l’espace. Elle consiste à définir le solide moyennant les surfaces frontières du solide. En d’autres termes, le solide est représenté comme une collection d'éléments surfaciques connectés entre eux. Les modèles crées par cette technique sont composés de deux parties essentielles: La topologie et la géométrie (surfaces, courbes, points). Les principaux éléments 2- La modélisation solide (la modélisation volumique) La topologie et la géométrie (surfaces, courbes, points). Les principaux éléments topologiques sont les suivantes: faces, arêtes et sommets. Une face est une partie bornée (délimitée) d'une surface, une arête est un morceau borné d'une courbe, et un sommet est associé à un point. 3-«Constructive Solid Geometry» (C-SG) ou l’arborescence de construction 4- La technique du balayage Le balayage peut être défini par les procédés géométriques de modélisation qui permettent aux concepteurs de construire des objets tridimensionnels comme l’ensemble de points intérieurs à un contour (générateur ou profil) qui se déplace le long d’une trajectoire spatiale (courbe de guide). Cette dernière peut être définie par une fonction mathématique ou par une polyligne 3D spatiale. définie par une fonction mathématique ou par une polyligne 3D spatiale. balayage par rotation (a), balayage par translation(b) Quelques possibilités disponibles aux concepteurs via l’outil de CAO-CATIA Quelques conseils pour la conception de systèmes mécaniques de systèmes mécaniques Définir un cahier des charges • Avant de passer à la conception ou à la modélisation d'un système, définissez les charges fonctionnelles qu'il devra supporter : vitesse de déplacement, charges statiques ou dynamiques, encombrement, poids maxi etc. Ce travail préparatoire est indispensable et vous permettra de préciser le besoin auquel vous répondez. Rechercher des idées (brainstorming) • Répondre aux fonctions par des sous-ensembles existants reliés entre eux ou par des innovations (20 % des études). (20 % des études). • Améliorer des solutions existantes par une re- conception (80 %). Etablir des schémas "papier" Avant de commencer votre travail de modélisation, pensez à réaliser des schémas sur papier du type : type : • Schéma blocs • Schéma cinématique • Schéma technologique (voir ci-dessous) Dimensionner les pièces • C'est l'étape clé qui vous permettra de valider l'architecture retenue et les choix technologiques l'architecture retenue et les choix technologiques opérés. Un travail sur les ordres de grandeurs peut être effectué dans un premier temps (pré- dimensionnement) puis être affiné en utilisant des modèles plus complets et précis. Prendre en compte les moyens de fabrication • Dès les étapes de conception, vous devez tenir compte des contraintes de fabrication : faisabilité, coût, délais etc. faisabilité, coût, délais etc. Modéliser le système • Posez-vous la question des raisons qui vous ont amené à commencer un travail de CAO, • adoptez les bonnes stratégies de modélisation et faites le travail nécessaire et suffisant pour atteindre vos objectifs. Cela est particulièrement vrai pour la modélisation de pièces achetées (moteurs, réducteurs etc). La modélisation fine de ces pièces est-elle nécessaire ? Souvent la réponse est : non. Pour un moteur par exemple, le plus souvent seuls l'encombrement et la position des vis de bridage sont nécessaires. Mettre en plans • La dernière étape consiste à "mettre en plans" les modèles 3D et de les transmettre aux techniciens chargés de leur fabrication. Leurs techniciens chargés de leur fabrication. Leurs conseils sont souvent avisés et vous êtes invités à les consulter dès les phases de pré-conception afin d'éviter des modifications d'autant plus coûteuses qu'elles sont tardives. Ce n'est pas seulement le dessin, c'est aussi la modélisation, le prototypage virtuel... Ces phases vont permettre notamment : la recherche/l’optimisation de formes CAO ???? la recherche/l’optimisation de formes l'animation d'objets ou d'éléments d'un ensemble la visite virtuelle d'espaces la simulation dans le bâtiment, l'industrie... le moulage ou l'usinage de pièces... De la définition à la validation • Les étapes de la vie d'un produit sont : définition du besoin, conception et définitions, prototypage, essais, industrialisation, maintenance, recyclage. • Toutes ces étapes sont analysées dès le début de la conception : on parle d'ingénierie simultanée basée sur un modèle unique. • De nombreux partenaires interviennent dans la conception et la mise au point d'un produit. Le prototypage rapide • Le prototypage rapide (ou impression 3D) est depuis de nombreuses années réservé à un usage industriel. Ces technologies de pointe industriel. Ces technologies de pointe deviennent de plus en plus puissantes et abordables, c'est pourquoi de nouveaux marchés s'ouvrent à cette discipline. • Les objectifs L'objectif principal du prototypage rapide est la L'objectif principal du prototypage rapide est la fabrication d'un modèle physique (maquette, prototype, outillage) dans un délai très court, à moindre coût et avec le minimum d'outillage et d'étapes intermédiaires dans le processus de réalisation. • Parmi les nouveaux utilisateurs du prototypage rapide on trouve : des sculpteurs, des prothésistes dentaires, des médecins, des architectes, des designers, des maquettistes... Définition • Le prototypage rapide est l'art de réaliser dans un temps très court, la dans un temps très court, la représentation physique d'un modèle CAO en trois dimensions. Les principales technologies • Plusieurs procédés permettent de réaliser des pièces par apport itératif de matière. Leur pièces par apport itératif de matière. Leur différence tient à la nature des pièces pouvant être réalisées (obtention directe d’une pièce métallique, plastique ou d’autre nature ou obtention indirecte de la pièce) • En voici une classification: Obtention directe d’une pièce métallique : • 1-par « fusion » de poudre métallique • action d’un laser sur une poudre dans une cuve. Soit une partie seulement des éléments de la poudre métallique « partie seulement des éléments de la poudre métallique « fusionne », le bronze étant souvent utilisé comme liant métallique bas point de fusion, et ces techniques portent le nom de frittage métallique (DMLS). • • Soit la fusion de la poudre métallique est totale et, dans ce cas, les pièces obtenues sont dites « bonne matière » : fusion laser (SLM) ou fusion par faisceau d’électron (EBM). • Frittage /Schéma de principe • action d’un laser sur une poudre amenée au fur et à mesure par une buse (LENS, LAM, DMD). Ces techniques permettre d’obtenir des pièces « bonne matière uploads/Industriel/ cours-cao-et-prototypage-rapide.pdf