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École de technologie supérieure
Département de génie mécanique
Responsable(s) de cours : Vladimir Brailovski


PLAN DE COURS

Hiver 2019
SYS816 : Fabrication additive de composants à forte valeur ajoutée (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Ce cours vise le développement des connaissances sur les procédés de fabrication additive (FA). La FA est une méthode de fabrication par ajout de matière de composants en métal,en polymère, en céramique ou en composite directement à partir d’un fichier numérique et dans une forme presque-finale, ce qui augmente les performances, réduit les délais de commercialisation et diminue l’empreinte écologique. Ces composants à forte valeur ajoutée sont le plus souvent destinés pour diverses applications dans les domaines aérospatial et médical.

Les objectifs spécifiques de ce cours visent l’acquisition des connaissances permettant :


- Sélection de la technologie appropriée

- Utilisation de la technologie par ingénieur- concepteur

- Optimisation de la technologie par ingénieur-procédés.


Les étudiants ayant suivi le cours seront au fait des potentiels et des limitations des technologies existantes et en développement de la FA et seront ainsi en mesure de contribuer au développement des nouveaux produits et des nouvelles technologies de la FA.



Objectifs du cours

La matière du cours peut être regroupée en 3 parties principales :

INTRODUCTION

Le changement de paradigme dans le développement de produit grâce à l’avènement de la FA. Les technologies les plus utilisées, leurs forces et limitations. Les matériaux disponibles et les applications courantes. Les systèmes commerciaux, leur comparaison; l’achat d’équipement versus l’achat de service (aspects économiques). Normalisation (ASTM, ISO) aspects légaux. FA: mythes versus réalité.

FA POUR INGENIEUR-CONCEPTEUR

Ingénierie inverse et reconstruction 3D. Création des fichiers de représentation géométrique (STL\FA) à partir de scans 3D (laser, rayons X): exigences, problématiques, solutions. Qualité des composants métalliques fabriqués : tolérances, fini de surface, propriétés de service.

Optimisation de forme et de structure : topologique, topographique, topométrique (logiciels commerciaux). Conception pour la FA (règles de conception).

FA POUR INGENIEUR-PROCEDES

Matériaux métalliques :

  • Structure et propriétés. Aspects physico-chimiques et métallurgiques des principaux processus de consolidation des matériaux métalliques par fusion laser. Interaction laser-matériaux métalliques.
  • Influence des paramètres de consolidation laser (puissance et paramètres du parcours du faisceau et morphologie de poudre) sur la microstructure des métaux et d’alliages métalliques (taille des grains, phases et texture), contraintes résiduelles et défauts.
  • Traitements thermiques et HIP, traitement de finition (électropolissage, extrusion de pâte abrasive, etc.) et leur influence sur les propriétés de service : les propriétés géométriques (fini de surface et précision) et mécaniques (statiques, dynamiques et autres).

Matériaux polymères, leur structure et propriétés. Aspects physico-chimiques de consolidation des polymères par fusion et leur impact sur les propriétés de service.

Matériaux céramiques, leur structure et propriétés. Aspects physico-chimiques de la FA des céramiques par l’impression 3D (jet de liant) suivi de frittage conventionnel ou HIP, et leur impact sur les propriétés de service.

Contrôle de qualité : métrologie 3D (micro-CT), microstructure (XRD, MEB), propriétés mécaniques (MTS).

Défis et perspectives de développement futur (combinaison des procédés : fabrication additive et fabrication substractive, fonctionnalité imbriquée, gradient de fonctionnalité, utilisation des matériaux dissimilaires, etc).

Tout au long du cours, on montrera, par différents études des cas, comme le développement d’un implant personnalisé ou l’optimisation structurale d’un composant mécanique, le potentiel des technologies de la FA ainsi que les défis liés à sa réalisation.




Stratégies pédagogiques
  • Cours (7 X 3h = 21 h) :
  • 19 heures d'enseignement magistral.
  • 2 heures de présentation des projets finaux par les étudiants
  • 15 heures de laboratoires composés de :
  1. Identification d’une pièce (d’un ensemble de pièces) --candidates pour FA (3h) ;
  2. Ingénierie inverse d’une pièce existante (3h) ;
  3. Optimisation topologique à l’aide d’un logiciel commercial (3h) ;
  4. Étapes préparatoires pour la fabrication additive métallique (3h) ;
  5. Traitements thermiques et analyse microstructurale des composants fabriqués par fusion laser sur lit de poudre (3h).
  • 3 heures (Examen final)

Chaque étudiant doit consacrer environ 3h/semaine de travail personnel pour réviser la théorie, rédiger les rapports de travaux dirigés, acquérir les connaissances requises et préparer la rédaction et la présentation du projet de session.




Utilisation d’appareils électroniques

NSP




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Vladimir Brailovski Activité de cours Vladimir.Brailovski@etsmtl.ca A-1910



Cours

2.1  Contenu des cours

Cours 1

Introduction (plan de cours, objectifs, travaux). Technologies de FA, systèmes commerciaux, matériaux et applications. Normalisation. Aspects économiques, légaux et environnementaux.

Cours 2

Laboratoire 1 sur l’identification d’une pièce (d’un ensemble de pièces) -- candidats pour FA.

Cours 3

Ingénierie inverse et reconstruction 3D (scans 3D avec et sans contact).

Cours 4

Laboratoire 2 sur la reconstruction géométrique à partir d’un scan 3D laser.

Cours 5

Optimisation de forme et de structure : topologique, topographique, topométrique. Conception pour FA.

Cours 6

Laboratoire 3 sur l’optimisation topologique à l’aide d’un logiciel commercial.

Cours 7

Matériaux métalliques, leur structure et propriétés. Interaction laser-matériaux métalliques. Influence des paramètres de consolidation laser (puissance et paramètres du parcours du faisceau) sur la microstructure des métaux et d’alliages métalliques, contraintes résiduelles et défauts.

Cours 8

Laboratoire 4 sur les étapes préparatoires pour fusion laser sur lit de poudre métallique (orientation des pièces et génération des supports).

Cours 9

Post-traitements de composants métalliques ; Contrôle de qualité : géométrie et propriétés mécaniques.

Cours 10

Laboratoire 5 sur l’analyse microstructurale de composants métalliques.

Cours 11

Matériaux polymères, leur structure et propriétés. FA des polymères par fusion ou photo-polymérisation. Matériaux céramiques, leur structure et propriétés. FA des céramiques par l’impression 3D.

Cours 12

Études de cas, défis et perspectives de la fabrication additive. Présentation des projets de session.

Cours 13

Examen final.

 

Étapes du projet :

  • Choisir un composant ou un mécanisme et définir les objectifs de son amélioration à l’aide des technologies de la FA (début de session).
  • Choisir, décrire et justifier les techniques permettant cette amélioration (principes, outils, exemples de résultats obtenus, analyse, avantages et limitations) et en faire une courte présentation devant la classe  (mi session).
  • Rédiger un rapport contenant toutes ces informations et faire une présentation orale devant la classe (fin session).



Laboratoires et travaux pratiques

Laboratoires voir Section 2.1 Contenu des cours.




Évaluation

Évaluation: 

Examen final 30 %
Rapports sur les laboratoires (5) 35 %
Rapport du projet de session 25 %
Présentation du projet de session 10 %

 




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Il n'y a pas de référence obligatoire.




Ouvrages de références

NSP




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Sans objet.




Autres informations

SYS816 - Calendrier du cours – Hiver 2019

Mercredi 13h30-17h00, B-YYY; A-1212 (local informatique)

 

 

Lundi

Mardi 13h30-17h00

Mercredi

Jeudi

 

Vendredi

 

S.

D.

i

 

 

1 janvier

 

2 janvier

 

3 janvier

Début des cours

 

 

4 janvier

 

5

6

ii

7 janvier

 

8 janvier

Séance 1 : Introduction (Cours)

9 janvier

 

10 janvier

 

11 janvier

 

12

13

iii

14 janvier

 

15 janvier

Séance 2 : Identification de pièces-candidates pour FA (LAB 1)

16 janvier

 

17 janvier

 

18 janvier

 

19

20

iv

21 janvier

 

22 janvier

Séance 3 : Ingénierie inverse et reconstruction 3D

23 janvier

 

24 janvier

 

25 janvier

 

26

27

v

28 janvier

 

29 janvier

Séance 4 : Reconstruction géométrique à partir d’un scan 3D (LAB 2)

30 janvier

 

31 janvier

 

1 février

 

2

3

vi

4 février

5 février

Séance 5 : Optimisation de forme et de structure Conception pour FA (Cours)

6 février

 

7 février

 

8 février

 

9

10

vii

11 février

 

12 février

Séance 6 : Optimisation topologique (LAB 3)

13 février

 

14 février

 

15 février

 

16

17

viii

18 février

 

19 février

Séance 7 : Interaction laser-matériaux métalliques (Cours)

20 février

 

21 février

Congé

22 février

Congé

23

 

24

 

ix

25 février

 

26 février

Séance 8 : Étapes préparatoires pour la fusion laser des poudres métalliques (LAB 4)

27 février

 

28 février

 

1 mars

 

2

3

x

4 mars

 

5 mars

Séance 9 : Post-traitements de composants métalliques; contrôle de qualité: géométrie et propriétés mécaniques (Cours)

6 mars

 

7 mars

 

8 mars

 

9

10

xi

11 mars

 

12 mars

Séance 10 : L’analyse microstructurale (LAB 5)

13 mars

 

14 mars

 

15 mars

 

16

17

xii

18 mars

 

19 mars

Séance 11 : FA des polymères et céramiques (Cours)

20 mars

 

21 mars

 

22 mars

Congé

23

 

24

 

xiii

25 mars

 

26 mars

Séance 12 : Études de cas, défis et perspectives (Cours)

 Présentation des projets de session

27 mars

 

28 mars

 

29 mars

 

30

31

xiv

1 avril

2 avril

Séance 13 : Examen final

3 avril

 

4 avril

 

5 avril

EX

6

EX

7

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