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La fabrique additive – Exposition à voir à la bibliothèque de l’ÉTS! - Par : Substance,

La fabrique additive – Exposition à voir à la bibliothèque de l’ÉTS!


Introduction

fabrication additive (7)La fabrique additive, véritable jeu de mots, évoque à la fois le procédé de la fabrication additive (aussi appelée impression 3D) et le lieu où elle se déroule. Ce lieu intemporel et rassembleur créé pour cette exposition est issu du pouvoir des idées et de la créativité propre à l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal. À travers la fabrication additive, procédé associé à l’impression tridimensionnelle d’objets usuels ou techniques, l’exposition cherche à faire connaître quelques facettes d’un domaine situé entre la créativité et la recherche d’innovation.

Cette exposition présente quelques réalisations étudiantes en prototypage rapide et certaines expérimentations faites par le Laboratoire sur les alliages à mémoire et systèmes intelligents (LAMSI) dans le cadre de recherches biomédicales ou de collaborations avec les clubs étudiants. Il n’y aurait pas de fabrique sans machines à fabriquer, sans imprimantes 3D. Ainsi, un volet de l’exposition ouvre sur la conception et la réalisation de pièces d’imprimante de haute performance conçues par des diplômés de l’École.

Pourquoi la fabrication additive?

La fabrication additive, aussi appelée impression 3D, est l’ensemble des procédés de mise en forme d’un objet par l’ajout de couches successives de matière à partir d’un modèle numérique. Elle s’oppose au principe de l’usinage qui permet de produire une pièce par l’enlèvement de matière au moyen d’une machine-outil et à d’autres procédés de mise en forme tel le moulage qui déforme la matière.

fabrication additive (8)Qu’elle soit utilisée à des fins ludiques ou fonctionnelles, la fabrication additive présente de nombreux avantages. Elle permet de concevoir des formes inusitées, voire très complexes, certaines irréalisables avec les méthodes conventionnelles. La grande diversité de procédés et de matériaux (plastiques, métaux, céramiques, organiques et même biologiques) et de leur forme (liquide, en filament, en granules, en poudre, nanoparticules ou cellules en suspension) y contribue largement.

La fabrication additive sert autant au prototypage rapide, à l’outillage rapide qu’à la production d’objets commercialisables ou au remplacement de pièces désuètes introuvables sur le marché. Ses applications sont présentes dans tous les domaines d’activité, de l’aéronautique, de la médecine, des biens de consommation ou encore de l’automobile.

Parce qu’elle libère la conception des limites imposées par les technologies traditionnelles et que plusieurs des procédés d’impression 3D sont désormais accessibles à tout un chacun, la fabrication additive fait de nombreux adeptes qu’ils soient chefs d’entreprise, spécialistes, scientifiques, ingénieurs, artistes ou amateurs. Pour de plus amples informations, nous vous invitons à lire l’article « Fabrication additive: un tour d’horizon pour aider à vous y retrouver » de la professeure Sylvie Doré.

Exposition

La bibliothèque de l’ÉTS présente l’exposition « La fabrique additive » qui se déroulera du 29 mars au 1er mai 2016 à la bibliothèque de l’ÉTS située au 1100, rue Notre-Dame Ouest (angle Peel au sud), Montréal (Qc), H3C 1K3, au rez-de-chaussée.

Contenu

fabrication additive (9)À cette exposition, vous pourrez voir et apprendre qu’à l’ÉTS :

  • des cours de fabrication additive sont donnés aux professionnels et étudiants;
  • une chaire de recherche ÉTS sur l’ingénierie des procédés, des matériaux et des structures pour la fabrication additive a été récemment créée;
  • un laboratoire sur les alliages à mémoire et les systèmes intelligents (LAMSI) utilise la fabrication additive dans plusieurs projets de recherche;
  • un laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie (LIO) de l’ÉTS travaille en collaboration avec le centre de recherche de l’hôpital du Sacré-Cœur de Montréal et le laboratoire sur les alliages à mémoire et les systèmes intelligents (LAMSI) pour mettre au point un nouveau type d’implants vertébraux;
  • une jeune compagnie, Dyze Design, formée d’ingénieurs diplômés de l’ÉTS, se spécialise dans la mise au point de pièces d’imprimantes 3D de haute performance;
  • des clubs étudiants comme Dronolab et Projet Class-C participent à la conception de pièces pour augmenter leur performance lors de compétitions internationales dans leur domaine.
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La professeure Sylvie Doré

Cours de fabrication additive

Un des cours donnés en fabrication additive, le cours de technologies de fabrication additive (MEC627), a été créé en 1996 par la professeure Sylvie Doré. Ce cours propose aux étudiants de s’initier aux procédés et aux systèmes de fabrication additive et de comprendre leur rôle dans le développement accéléré de produits.

Il a fallu 20 ans pour qu’un tout nouveau cours portant sur les aspects avancés de la fabrication additive (SYS862) voit le jour. Ce cours de maîtrise est donné pour la première fois à la session d’hiver 2016 par le professeur Vladimir Brailovski.

Chaire de recherche – fabrication additive

La nouvelle chaire de recherche ÉTS sur l’ingénierie des procédés, des matériaux et des structures pour la fabrication additive, dirigée par le professeur Vladimir Brailovski, a pour objectif principal l’étude des relations qui existent entre la conception, les procédés et les matériaux. De plus, elle inclut l’application des divers procédés de fabrication additive aux domaines de l’aérospatiale et de la médecine. Le choix technologique s’est porté sur la fabrication additive en raison de la grande liberté de conception offerte et du fort potentiel de transformation qui s’y rattachent.

Pour de plus amples informations, nous vous invitons à lire l’article « Pourquoi une chaire de recherche en fabrication additive à l’ÉTS? » décrivant la chaire du professeur Vladimir Brailovski.

Le professeur Vladimir Brailovski dans l'un de ses laboratoires de fabrication additive

Le professeur Vladimir Brailovski dans l’un de ses laboratoires de fabrication additive

Laboratoire LAMSI

LAMSI

Le Laboratoire sur les alliages à mémoire et systèmes intelligents (LAMSI), codirigé par Vladimir Brailovski et Patrick Terriault, favorise la conception et le développement de composantes en alliages à mémoire de forme pour diverses applications industrielles. La fabrication additive est l’un des procédés mis de l’avant dans plusieurs de leurs projets de recherche.

Laboratoire LIO

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Il existe plusieurs pathologies de la colonne vertébrale comme les scolioses, hernies discales, luxations, fractures, blessures neurologiques, etc. Pour les corriger, les chirurgiens orthopédiques doivent pratiquer une arthrodèse lombaire, opération qui consiste à effectuer la fusion osseuse des vertèbres par leur immobilisation au moyen d’implants vertébraux. Au prix d’une légère perte de mobilité, le patient voit sa qualité de vie améliorée de façon significative.

Figure 1 : Comparaison entre un colonne vertébrale inactive et une colonne vertébale instrumentée

Comparaison entre un colonne vertébrale inactive et une colonne vertébale instrumentée

La collaboration entre le professeur Yvan Petit du laboratoire de recherche en imagerie et en orthopédie (LIO) et de la Chaire de recherche du Canada en génie pour l’innovation en traumatologie spinale, le professeur Vladimir Brailovski du  laboratoire sur les alliages à mémoire et les systèmes intelligents (LAMSI) et le centre de recherche de l’hôpital du Sacré-Cœur de Montréal, vise à mettre au point un nouveau type d’implants vertébraux — tiges à rigidité variable fixées aux vertèbres au moyen de vis et crochets pédiculaires. La solution développée doit résoudre plusieurs problèmes provoqués par la rigidité de l’instrumentation comme une dégénérescence des disques adjacents sous l’effet de fortes contraintes ou encore de fractures.

Pour ce faire, des tests biomécaniques et des simulations numériques sont réalisés à partir de colonnes porcines instrumentées. Afin de recomposer numériquement la géométrie du spécimen et des implants vertébraux (modèle 3D), une succession d’images CT (Computed Tomography) en coupe sont prises. Le spécimen est ensuite soumis à des chargements mécaniques simulant diverses postures et mouvements permettant de mesurer les pressions exercées sur les disques adjacents à l’instrumentation et les efforts subis par les ancrages. Pour valider le modèle 3D, les résultats des tests biomécaniques sont comparés à ceux des simulations numériques. Le modèle validé peut ensuite servir à tester de nouveaux implants vertébraux et permettre d’optimiser leur design.

Pour de plus amples informations, nous vous invitons à lire l’article « Optimiser les implants vertébraux par modélisation expérimentale et numérique » de Yann Facchinello et Martin Brummund.

Dyze Design

Cette jeune entreprise a fait le choix de se concentrer sur le développement d’innovations dans le domaine de l’impression 3D. Deux composantes attirent plus particulièrement son attention : l’extrudeur — le moteur qui pousse la matière dans l’imprimante — et la buse — l’élément chauffant qui la fait fondre. Parmi leurs premiers produits commercialisés, on retrouve l’extrudeur DyzeXtrudertm et la buse DyzEndtm. La buse de Dyze Design permet de travailler avec l’ensemble des plastiques utilisables et résiste à une température de 500 °C (932 °F).

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Une buse Dyze End fabriquée par cette compagnie.

Dronolab

Le club étudiant Dronolab de l’École de technologie supérieure de Montréal (ÉTS) conçoit des drones afin de répondre aux missions des compétitions. Le drone actuellement en service est de type quadrirotor. Les missions principales du drone sont de récolter des informations sous forme d’images qui seront analysées pour cartographier un terrain, calculer des surfaces et des volumes, rechercher et sauver des personnes, entre autres.

Le châssis est la pièce principale du drone. Elle supporte toute la plateforme (bras, électronique, charge utile) et est soumise aux sollicitations mécaniques les plus importantes. Cette composante est par ailleurs constituée de dix pièces assemblées, car elle est difficile à fabriquer en une seule pièce par les méthodes classiques de fabrication de pièces en matériaux composites. Toutes ces pièces différentes rendent le montage long et laborieux et nécessitent l’intervention de plusieurs sous-traitants, ce qui rend le cycle de production long.

Dronolab a fait appel au Laboratoire sur les alliages à mémoire et systèmes intelligents (LAMSI) pour la fabrication du châssis de leur drone quadrirotor. Dans le cadre du projet de maîtrise de l’étudiant Thomas Desbordes, la solution retenue s’est avérée la fabrication du châssis en matériaux composites par impression 3D.

Châssis en composite

Figure 4 a) Châssis en composite fabriqué par impression 3D, b) châssis original

Pour de plus amples informations sur ce projet, nous vous invitons à lire les articles « Concevoir un châssis de drone à l’aide de l’impression 3D » et « Un châssis imprimé en 3D pour un drone quadrirotor » de Thomas Desbordes.

Projet Class-C

Le projet Class-C rassemble des étudiants de l’ÉTS autour de la conception et de la fabrication d’un catamaran dans le but de participer à la « Little Cup 2015 » comme première équipe étudiante et québécoise de l’histoire de cette course.

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Ces catamarans de 7,6 m (25 pieds) de long et 4,3 m (14 pieds) de large sont mondialement connus pour leurs performances exceptionnelles obtenues grâce à une aile rigide et des dérives portantes. Ils volent donc à plus de 60 km/h (37 milles/h) au-dessus de l’eau et peuvent dépasser trois fois la vitesse du vent. Leur masse totale a un impact majeur sur leurs performances. L’équipe revoit le design de plusieurs pièces structurales afin de les alléger et d’optimiser leur rendement. La fabrication additive répond aux diverses contraintes liées au projet : budget restreint, limite de temps, complexité de réalisation, etc.

Xavier Grossmann et Carl Chamberland, du projet Class-C, ont travaillé avec Charles Simoneau du LAMSI afin de concevoir et de fabriquer un pied de mât et son support en utilisant un alliage d’aluminium (AlSi10Mg). Ces pièces positionnées sur la traverse avant servent de support au pied de mât et d’encrage à la martingale. Elles doivent résister à 15 kilonewtons (3 375 lbf) en compression et répondre à un coefficient de sécurité de 3.

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Le support du pied de mât fabriqué par Charles Simoneau, Xavier Grossmann et Carl Chamberland

Pour de plus amples informations sur ce projet, nous vous invitons à lire l’article suivant : Conception et fabrication additive d’un pied de mât et son support pour un catamaran class-C de Charles Simoneau, Xavier Grossmann et Julien Chaussée.

Sources du contenu

Les professeurs Sylvie Doré et Vladimir Brailovski, les étudiants et diplômés de l’ÉTS, Victor Boutitie, Martin Brummund, Xavier Grossmann, Bruno Jetté, Charles Simoneau, Thomas Desbordes et Yann Facchinello et Patrick Marcotrigiano de Dyze Design.

Crédits d’exposition

Direction de projet                                                  Guy Gosselin, ÉTS, directeur, service de la bibliothèque de l’ÉTS

Gestion de projet et commissariat                     Soraya Bassil

Design, scénographie et graphisme                 La Camaraderie

Communications et assistance technique     Équipe de la bibliothèque


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