ENPC Ecole des ponts
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Prototypage rapide
Année scolaire 2022-2023
Créneau Sem 3/Sem 5 Lu 8 h 30 - 11 h 15
Sem 5 Lu 8 h 30 - 11 h 15

Module à forte composante expérimentale - effectif limité aux étudiants du parcours conception

Prérequis

Connaissances en mécanique des milieux continus, mécanique des structures

 

Maitrise d'un logiciel de conception assistée par ordinateur

 

Bases de programmation

Enseignant responsable Pierre MARGERIT
Equipe enseignante Pierre MARGERIT
Objectifs du module

Contexte : Le prototypage rapide se définit comme un ensemble de technologies (incluant notamment l'impression 3D, l'usinage à commande numérique et l'électronique programmable) permettant la production de systèmes fonctionnels (maquettes, preuves de concepts) en un temps et un coût réduits. Accélérant fortement le processus d'innovation, son utilisation se généralise à tous les domaines de l'industrie, de la santé à l'aérospatiale en passant par la défense et l'énergie. La maitrise de ces technologies est donc primordiale pour l'ingénieur concepteur de systèmes mécaniques, celui-ci devant être capable de choisir les outils les plus adaptés en prenant en compte les contraintes spécifiques à chaque technologie ainsi qu'au prototype à réaliser.

 

Objectifs : L'objectif du cours est de donner aux élèves les clés leur permettant d'utiliser les moyens de prototypage rapide disponibles au MakerSpace de l'école. Tout d'abord, les élèves seront formés sur les moyens de production de pièces mécaniques : impression 3D (polymère et métal), usinage à commande numérique, découpe laser. On insistera particulièrement sur les points suivants : critères de choix d'une technologie, utilisation en autonomie et respect des mesures de sécurité. Dans un second temps, les élèves seront initiés à l'électronique programmable (cartes Arduino), ainsi qu'à la mise en œuvre de différentes technologies de capteurs et d'actuateurs utilisés couramment en prototypage. L'apprentissage sera centré sur les phénomènes physiques mis en jeu dans le fonctionnement de ces différentes technologies, et les problématiques scientifiques qui en découlent pour l'ingénieur concepteur : comportement des matériaux produits, respect des tolérances de fabrication, faisabilité d'une commande électromécanique, validité d'une mesure.

 

Finalité : A l'issue du cours, les élèves auront acquis la culture scientifique et technique nécessaire à la réalisation, en autonomie, d'un prototype de système mécanique fonctionnel comportant une partie commande et/ou instrumentation. Ils seront à même de choisir les technologies de fabrication, d'actuation et de mesure adaptées à un cahier des charges. Ils seront capables de s'ouvrir avec un œil critique aux technologies de prototypage différentes de celles abordées en cours, en identifiant les utilisations envisageables et les contraintes associées

Programme du module

Séance d'introduction :

 
  • Présentation du programme, de l'équipe enseignante
 
  • Introduction générale au prototypage rapide
 
  • Visite du MakerSpace
 
  • Constitution des groupes de TP et de projet
 

TP i3D polymère :

 
  • Prise en main du logiciel Cura
 
  • Influence de l'orientation des couches sur les propriétés mécaniques
 
  • Différents matériaux polymères imprimables
 
  • Tolérances d'assemblage
 
  • Problématiques de retrait
 
  • Impression sans support
 

TP i3D métal (dès disponibilité de la machine) :

 
  • Aspects scientifiques associés au procédé (thermo-mécanique, métallurgie, etc.)
 
  • Influence des paramètres d'impression (vitesse de scan, débit de poudre, puissance laser, etc.)
 
  • Contraintes résiduelles, distorsion géométrique
 

TP usinage :

 
  • Initiation au G-code
 
  • Génération des trajectoires d'outil sous CATIA
 
  • Mise en place de l'usinage (bridage, calibration de l'outil, position du brut, etc.)
 
  • Influence des paramètres d'usinage (vitesse d'avance, profondeur de passe, vitesse de rotation de l'outil, etc.)
 
  • Usinages de différents matériaux (mousse polymère, bois, aluminium)
 

TP découpe laser :

 
  • Génération des trajets de découpe
 
  • Différents modes (découpe, gravure, etc.)
 
  • Réalisation d'assemblages (prise en compte des tolérances, etc.)
 
  • Réalisation de surfaces courbes
 

TP Arduino :

 
  • Commande de différents types d'actuateurs (moteurs pas à pas, moteurs à courant continu, électroaimants, etc.)
 
  • Utilisation de différents types de capteurs (proximité, centrale inertielle, FSR, etc.)
 
  • Mise en œuvre de boucles de contrôle simples
 
  • Communication avec un ordinateur
Modalités

Contenu des séances : Le module se déroule en 13 séances de 2h30 (32.5h au total). Les séances se divisent en quatre groupes : une séance d'introduction (séance 1), huit séances de travaux pratiques (séances 2 à 5 et 7 à 10), trois séances de projet (séances 6, 11 et 12) et une séance de restitution (séance 13). Les quatre premières séances de TP (séances 2 à 5) permettent aux élèves d'acquérir les connaissances nécessaires pour commencer le projet dès la séance 6.

 

Travaux pratiques : Les huit séances de travaux pratiques se déroulent en groupes réduits de 2 à 3 étudiants, selon l'effectif total (24 au maximum). Elles sont spécifiques à chaque technologie : impression 3D polymère (2 TP), impression 3D métal (1 TP), usinage à commande numérique (2 TP), découpe laser (1 TP), cartes Arduino (2 TP). Ces séances de travaux pratiques sont articulées autour de micro-projets très ciblés, dont la réalisation amène les étudiants à identifier les différentes contraintes associées à l'utilisation de chaque outil. Ces illustrations seront accompagnées de réflexions autour de la mécanique du procédé, sous la forme de calculs simples ou mini-simulations (exemples : retrait thermique au refroidissement, dimensionnement rapide d'une découpe, etc.), permettant aux élèves de développer une vision ingénieur de chaque outil.

 

Projet : Le projet consiste à concevoir et réaliser un système mécanique dont la fabrication nécessite au moins 3 des 4 moyens de fabrication étudiés dans le cadre du module, et qui intègre un composant mécanique standard (roulement à billes, hélice, axe, moteur, etc.). Le projet doit également mettre en œuvre de l'électronique programmable associée à la motorisation et/ou l'instrumentation du prototype. Le système envisagé peut être en rapport avec le projet long de département (sous-ensemble, maquette, etc.), tout en restant réalisable dans les trois séances allouées (auquel s'ajoute le travail hors séances). Suivant l'effectif, 4 ou 5 projets pourront être menés à bien par des groupes de 5 à 6 étudiants.

Contrôle des connaissances - Règles de validation du module

Les 8 séances de TP seront évaluées de manière continue via la rédaction de comptes rendus, représentant 50% de la note finale. Les 50% restants concernent le projet, qui sera évalué sur la base d'un rapport (d'une quinzaine de pages) et une soutenance orale lors de la séance 13 (20min présentation + 10min questions). Dans le cadre des travaux pratiques comme du projet, seront évaluées la pertinence des réponses aux questions, la qualité des réalisations, la mise en perspective des résultats obtenus et l'implication en séance..

Documents pédagogiques - Bibliographie

La séance d'introduction fera l'objet d'une présentation Powerpoint. Les énoncés de TP seront mis en ligne avant le commencement du module, et rendus disponibles aux étudiants de façon à ce que ceux-ci puissent les préparer en avance. Les documentations des divers logiciels utilisés (CATIA, Cura, Arduino, etc.) serviront également de support pédagogique.

Effectif maximal Effectif illimité
Département de rattachement Département Génie Mécanique et Matériaux
Nombre de crédits ECTS 2,5 crédits ECTS
Code PROTY
Dernière mise à jour  :  19/02/2019
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