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CA 02351659 2008-10-31
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PROCÉDÉ DE RÉALISATION DE PIECES MÉCANIQUES PAR
DÉCOMPOSITION EN STRATES AVEC RETOURNEMENT
La présente invention a pour objet un perfectionnement aux procédés de
réalisation de pièces mécaniques et objets en particulier de prototypes à
partir
d'une conception assistée par ordinateur spécifique du type comportant les
phases successives de
fabrication des pièces en couches ou strates élémentaires
reconstitution de l'ensemble des couches
_ assemblage des couches
lesdites strates étant issues d'une décomposition préalable de la pièce selon
des
plans et un ou des pas déterminés.
L'invention a également pour objet les strates élémentaires ainsi
réalisées, de même que les prototypes obtenus pour l'assemblage desdites
strates élémentaires.
Un procédé de prototypage rapide de ce type a fait l'objet du brevet
européen
EP-O 585 502-B1 dont le contenu est intégré ici entièrement par voie de
référence et est connu sous le nom de STRATOCONCEPTION (marque
déposée).
Ce procédé donne entière satisfaction dans les limites des applications
spécifiées dans ce brevet.
Il trouve néanmoins ses limites d'application pour les cas de pièces de
formes complexes pour lesquelles, en particulier, l'outil de micro-fraisage
doit ou
devrait réaliser des contours impliquant son amenée sur I une puis sur l'autre
face de la strate à usiner.
L'invention a pour objet de proposer un procédé per- iettant l'usinage des
strates de formes complexes de ce type.
La présente invention vise un procédé pour réaliser une pièce mécanique
à partir d'un matériau en plaque unique, incluant des pièces de prototype, à
partir d'une conception assistée par ordinateur spécifique, comprenant les
étapes de:
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a) fournir le matériau en plaque;
b) fabriquer la pièce en couches élémentaires à partir du matériau en plaque,
les couches élémentaires étant issues d'une décomposition préalable de la
pièce
selon des plans, les couches élémentaires incluant une couche usinée;
c) usiner des premières portions de surface de la couche usinée pour
aménager des réserves de maintien;
d) retourner la couche usinée de 1800 après que les premières portions de
surface ont été usinées;
e) usiner des secondes portions de surface après l'étape d) pour faciliter un
usinage des secondes portions de surface, et supprimer les réserves de
maintien
aménagées durant l'étape c) en fraisant les secondes portions de surface pour
ainsi libérer totalement la couche usinée de façon à permettre un assemblage
subséquent de la pièce;
f) reconstituer les couches élémentaires, incluant la couche usinée; et
g) assembler les couches reconstituées de l'étape e) pour produire la pièce
mécanique.
La présente invention vise aussi une strate élémentaire pour réaliser une
pièce mécanique, incluant des pièces de prototype, qui est fabriquée de
couches
élémentaires à partir d'un matériau en plaque unique, les couches élémentaires
étant issues d'une décomposition préalable de la pièce selon des plans, les
couches élémentaires incluant la strate élémentaire, la strate élémentaire
étant
produite par un procédé comprenant les étapes suivantes:
a) usiner des premières portions de surface de la strate pour aménager des
réserves de maintien;
b) retourner la strate de 180 après que les premières portions de surface ont
été usinées;
c) usiner des secondes portions de surface après l'étape b) pour faciliter un
usinage des secondes portions de surface, et supprimer les réserves de
maintien
aménagées durant l'étape a) en fraisant les secondes portions de
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surface pour ainsi libérer totalement la strate de façon à permettre un
assemblage subséquent de la pièce; et
d) reconstituer les couches élémentaires, incluant la strate.
La présente invention vise aussi une pièce mécanique incluant des
pièces de prototype, réalisée à partir d'un assemblage de strates fabriquées à
partir d'un matériau en plaque unique, les strates étant issues d'une
décomposition préalable de la pièce selon des plans, l'assemblage des strates
incluant une strate usinée produite par un procédé comprenant les étapes
suivantes :
a) usiner des premières portions de surface de la strate usinée pour
aménager des réserves de maintien;
b) retourner la strate usinée de 1800 après que les premières portions de
surface ont été usinées;
c) usiner des secondes portions de surface après l'étape b) pour faciliter un
usinage des secondes portions de surface, et supprimer les réserves de
maintien aménagées durant l'étape a) en fraisant les secondes portions de
surface pour ainsi libérer totalement la strate usinée de façon à permettre un
assemblage subséquent de la pièce;
d) reconstituer l'assemblage des strates, incluant la strate usinée; et
e) assembler les strates reconstituées à l'étape d) pour produire la pièce
mécanique.
De préférence, selon une variante de mise en oeuvre, l'ensemble de la
strate sera soumis à l'opération de retournement.
Selon une autre variante préférentielle de mise en oeuvre, la strate sera
découpée en deux ou plusieurs sous-strates selon un ou des plans de découpe
sensiblement verticaux, seules les sous-strates englobant une partie dont
l'usinage ne peut être réalisé de manière usuelle étant soumises à l'opération
de
retournement.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite
en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 illustre schématiquement sous forme d'un diagramme le principe
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de mise en oeuvre du procédé dit de stratoconception
les figures 2, 2A à 2E illustrant respectivement une pièce théorique de formes
complexes dont la décomposition en strates implique la mise en oeuvre du
procédé conforme à l'invention.
On se référera tout d'abord à la figure 1.
Le principe général consiste, par la mise en oeuvre d'un logiciel spécifique
(1), à
découper en strates une pièce à prototyper, les strates étant usinées par
micro
fraisage rapide (2), la machine étant pilotée par le logiciel (1), d'un
matériau en
plaque (3).
Les différentes strates sont assemblées selon un ensemble (4)
comportant des inserts (5) pour obtenir finalement un prototype (6) après
finition
Le logiciel gère le choix du plan de tranchage/stratification, du pas du
profil de strate, du rapport d'échelle, de la précision, du positionnement des
inserts.
Après la saisie des différents paramètres de plaque (dimensions
matériau, choix du sens de dépouille) et des paramètres d'usinage (vitesse de
coupe, 'diamètre de fraise, etc...) l'ensemble du programme d'usinage est
transmis par le logiciel qui pilote le robot de découpe.
La mise en oeuvre de ce procédé général trouve néanmoins des limites
lors de la réalisation des pièces de formes complexes telles que par exemple
la
pièce théorique représentée à la figure 2.
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WO 00/31599 PCTIFR99/02788
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Cette pièce référencée généralement (7) peut être décomposée en sous
ensembles dont la stratification présente des difficultés de différents
ordres.
Ainsi, la partie (8) de la pièce (7) représentée à la figure 2A est de type
classique, l'usinage pouvant être réalisé sur une plaque, avec micro fraisage
par
le dessus de la plaque.
La figure 2B représente une partie plus complexe (9) impliquant :
- un usinage par le dessus,
- un retournement de la pièce, conformément à l'invention, pour l'usinage de
l'extérieur et des zones d'épaulement (10),
La figure 2C illustre une pièce impliquant également un retournement
pour
l'usinage respectif des zones en dépouille respectivement positive (11) et
négative (12).
Pour la pièce illustrée à la figure 2D, la fraise ne peut venir travailler ni
par
le dessus, ni par le dessous. En l'occurrence, il est nécessaire de passer par
le
stade d'une sub-stratification illustrée pour les plans de découpe (13,14) de
manière à obtenir trois strates dont l'une peut être réalisée par
retournement,
conformément à l'invention.
Selon une autre variante, représentée à la figure 2E, la strate élémentaire,
de valeur plus importante, est découpée en, par exemple, deux parties (15,16)
usinées chacune séparément, avec retournement et assemblées finalement
selon le plan de découpe généralement vertical (17).
De manière générale, on pourra noter ce qui suit :
- pour faciliter l'usinage de la deuxième face après retournement d'une strate
ou demi strate, des réserves de maintien seront aménagées lors de la
première découpe ; ces réserves seront supprimées par fraisage lors de la
deuxième phase d'usinage, afin de libérer totalement la pièce ;
- le positionnement des strates lors du retournement est pris en compte par le
procédé et par le logiciel ; les trous destinés aux inserts conformément au
procédé du brevet EP 0 585 502 peuvent être utilisés pour le positionnement,
de même que les moyens de positionnement et d'assemblage prévus
conformément au procédé faisant l'objet d'une demande de brevet déposée
conjointement par la demanderesse.
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WO 00/31599 PCT/FR99/02788
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En variante, le positionnement des strates en cours d'usinage peut être
pris en
compte par l'intermédiaire d'inserts déterminés par le logiciel ou par un
réseau de
maintien.
De manière générale, toutes ces opérations nécessitent une
reconnaissance préalable des contours par traitement informatique mettant en
oeuvre le logiciel spécifique.
