A proposal of digital chain for additive manufacturing
Proposition de chaîne numérique pour la fabrication additive
Résumé
Over the last few years, Additive Manufacturing processes have been in constant progress and evolution. Although they were originally reserved as design aids and the manufacturing of prototypes, with the latest evolutions, direct and functional parts can be manufactured. Beside new findings are expected for process mastery. In the same time, many problems subsist because they are not integrated in a complete and robust digital chain. This problem does not enable additive manufacturing processes to catch up on the most traditional processes. Current limits of numerical control in additive manufacturing (based on STL format) have been identified by many international research groups. Major part of them concluded that a new data structure based on STEP format has to be developed. This format looks as an adapted format to obtain a complete and robust digital chain with high-level information. First, the aim of the thesis works is to propose a new data structure for additive manufacturing processes based on STEP-NC format. Secondly, these works propose to take in place a new STEP-NC digital chain for additive manufacturing, with integration of generic CNC controller on additive manufacturing machine. The first step of the work was to take in place a hierarchical data model for the description of the additive manufacturing processes. This hierarchical model enables to identify and hierarchy all the data for the management of an additive manufacturing project. The second step is the proposal of STEP-NC data model from data of hierarchical model, in order to introduce additive manufacturing in the ISO 14649 norm. In order to obtain a STEP-NC digital chain, works of the team (for additive manufacturing but also machining processes) conduct to the proposal of a STEP-NC platform called SPAIM (STEP-NC Platform for Advanced and Intelligent Manufacturing). In this platform, the complete digital chain (CAD-CAM-CNC controller) is integrated around a unique STEP-NC file without loss of data. Moreover, this platform has the advantage of being integrated on all new generation additive manufacturing machines equipped with generic CNC controller.
Les procédés par ajout de matière sont soumis à des changements majeurs depuis ces dernières années. En effet, ils sont passés de procédés de prototypage rapide, à des procédés de fabrication additive pour la réalisation de pièces fonctionnelles. Ces changements ont entraîné de nouvelles attentes en termes de maîtrise de ces procédés. Dans le même temps, il subsiste certains problèmes dus à leur non-intégration dans une chaîne numérique complète et robuste. Ce point ne leur permet pas à l'heure actuelle de rattraper leur retard en terme de développement par rapport aux procédés plus traditionnels. Les limites de la structure actuelle au niveau de la commande numérique (s'appuyant sur le STL) des machines de fabrication additive ont été identifiées par les travaux de recherche de plusieurs groupes internationaux. La grande majorité a conclu au nécessaire développement d'une nouvelle structure de données basée sur le format STEP, qui apparaît comme étant un format adapté pour obtenir une chaîne numérique complète, robuste et s'appuyant sur des données de haut niveau conceptuel. Le but des travaux de thèse est donc de proposer une nouvelle structuration des données pour le procédé par ajout de matière basée sur le format STEP-NC puis dans le même temps de mettre en place une nouvelle chaîne numérique STEP-NC s'appuyant sur des DCN génériques du même type que ceux utilisés en usinage. La première partie du travail est la mise en place d'un modèle hiérarchisé des données nécessaire pour la description des procédés par ajout de matière. Ce modèle hiérarchisé permet d'identifier et de hiérarchiser toutes les données utiles à l'élaboration d'un projet de fabrication additive. La seconde étape consiste à partir des données du modèle hiérarchisé à la proposition d'un modèle de données STEP-NC pour l'introduction des procédés de fabrication additive dans la norme ISO 14649. Pour réaliser une chaîne numérique complète basée sur le STEP-NC, les travaux de l'équipe (qui concernent non seulement la fabrication additive mais aussi l'usinage) ont conduit à la mise en place d'une plateforme appelée SPAIM (STEP-NC Platform for Advanced and Intelligent Manufacturing). Dans cette plateforme la chaîne numérique complète (CAO-FAO-DNC) est intégrée autour d'un unique fichier STEP-NC sans perte d'information. Cette plateforme a de plus l'avantage de pouvoir être intégrée sur toutes les machines de nouvelle génération de fabrication additive équipées avec des DCN génériques.
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