Proceed journée automobile 24 septembre 2008
Eric Prévost APOLLOR, CRT
2 rue lavoisier 54300 Moncel-Lès-Lunéville
tél : 0383767878 [email protected]
Plastique, composite, métal… les douze solutions innovantes du moment : - matériaux et éco-matériaux, - nouveaux matériaux, nouvelles caractérisations, - du matériau à la conception de produit, - matériaux, procédés et décoration
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12 Décoration par sublimation
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Les composites à fibres naturelles
Mat
éria
ux
Regain d’intérêt depuis le Grenelle de l’environnement
Thermoplastiques PE, PP, ABS + 10 à 60% de fibres naturelles Lin, Chanvre poudre de bois pailles de céréales noyaux de fruits (fonction du pays et de la proximité)
Extrusion injection (Apollor)
Propriétés mécaniques ? Processabilité ? Prix ?
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Exemples jardinière en PP 30% céréales
Pièce RTM avec mat de chanvre
1 Profilés PP Bois par extrusion
Mat
éria
ux
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FREINS :
• résistance au changement
• odeur
• disponibilité/prix
• humidité/transformation
• alimentarité
• aspect/coloration
• tenue aux chocs
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Bois/plastique
Essais avec PP/noyaux d’olives 50%
Mat
éria
ux
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BIO DEGRADABLE
Action des micro-organismes ou photo – dégradation
DEGRADATION TOTALE
méthane gaz carbonique eau oxygène biomasse
Les matières biodégradables
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biod
égra
dabl
es
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1) PVA ou PVOH (Polyalcool vinylique) : le plus ancien des bio polymères.
Applications : films souples.
(KURARAY)
2) AMIDON : à partir de pommes de terre
Applications : pots, couverts, films, sachets.
Rodenburg Biopolymers
Les matières biodégradables : DIFFICILES A TRANSFOR MER!
2
biod
égra
dabl
es
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3) LIGNINE : à partir de bois
Applications : fournitures de jardin, composants électroniques.
4) PLA (Polyacide lactique) : à partir de maïs
Applications : films, d’emballage, bouteilles, containers.
Les matières biodégradables ; PERFORMANCES LIMITEES !
2
biod
égra
dabl
es
Donc formulation à la demande : combinée à des fibr es naturelles?
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Les matières biodégradables
Autre développement : les non tissés bio + Fibres naturelles
Pour obtenir des produits bio, légers, par compression de non tissés
biod
égra
dabl
es
2
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3
Agent moussant 100% naturel
Biodégradable Expansé
Additif pour injection PE et PP
Pièce 3D expansée en
injection
Barquette alimentaire Isolation calage
Allégement des pièces
ou injection
multimatières
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Essais grandes vitesses sur métal, composite et pla stique
-Simulation du choc Piéton
- caractérisation des matériaux
- essais sur pièces réelles
Vérin 20 m/s Caméra 50000 i/s
cara
ctér
isat
ion
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Exemples
SMC 0.5 m/s PA 30% FV 0.5 m/s PP 1 m/S
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Domaines d’utilisation :
AUTOMOBILE
CHIMIE
Armement
Pièce auto 4.4 m/s
Métal 5 m/s
Plastique0,4 m/S
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Analyse d’images en temps réel :
Mesure des déformations vraies ε11 = Ln l/lo ε22 = Ln w/wo
Calcul de la variation de volume:
hypothèse isotropie transverse: dV/V= εεεε11 + 2.εεεε22
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cara
ctér
isat
ion
Extensométrie sans contact pour essais de traction, cisaillement, fluage
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SOLUTION APOLLOR : VidéoTraction
cara
ctér
isat
ion
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F
l
Mesure locale
Mesure de la contrainte vraie
Vitesse vraie constante
5
cara
ctér
isat
ion
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0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
Com para ison de s courbes contra inte vra ie /dé forma tio n vra ie
dé forma tion 1
contra inte
VidéoTraction
Force/allongement
Contrainte vraie
Comparaison
Déformation Vraie ln l/lo 5
cara
ctér
isat
ion
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On obtient alors le comportement intrinsèque des matériaux
Traction compression fluage
Cisaillement fatigue Torsion
= lois de comportements de matériaux = données fiables pour le calcul/simulation numérique
cara
ctér
isat
ion
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Essais de fatigue oligocyclique sur métal
Exemple de nouveau système d’essais sur métal F
Traction/compression = Plus besoin de capteur mécanique
cara
ctér
isat
ion
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« C’est une méthodologie de calcul et de simulation numérique qui intervient en amont de la conception de la pièce et qui facilite les phases d e mise au point finale. »
L’objectif est de prédire finement le comportement
de la pièce (tenue au choc…) pour optimiser Géométrie/Matériau/Fabrication.
La Conception Prédictive utilise la démarche M3C
en couplant les approches Matériau, Caractérisation, Calcul et Corrélation.
Intérêts : �Optimisation de la conception
(matériaux, épaisseur, tenue mécanique…)
�Diminution du temps de conception (développement de modèle prédictif)
�Réduction des coûts (prix matière, pièce, fabrication…)
Cibles : �Bureaux d’études �Services R&D �Laboratoires �Fournisseurs matières �Intégrateurs CAO
La conception prédictive pour optimiser géométrie/matériau/process
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Tenue à l’impact des pièces plastiques
Simulation du choc piéton ou choc tête
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055
Enfoncement du poinçon (m)
Effo
rt(N
)
Essai 1m/sJ1, E=f(Vdef) identifiée numériquementJ3, E=f(Vdef) identifiée manuellementJ3, différentiation traction-compression sur le module et R0Loi Johnson-Cook
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ThermofluageThermofluage d d’’une planche de bordune planche de bord Reproduire le cahier des charges de la pièce
Simuler les cas de chargement mécanique et thermique
Prévoir la flèche résiduelle après décharge thermique
Pour optimiser géométrie/matière
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H
°C
23
100
1 100 Charge de 5kg en 5 s
Simulation du thermofluage (ensoleillement…)
f < 3 mm
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CaractCaractéérisation risation Mat A - Cycle thermique
-4
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
00 14400 28800 43200 57600 72000 86400
Temps (en s)
Dép
lace
men
t (en
mm
)
0,1 kg 0,2 kg 0,3 kg 0,4 kg 0,5 kg
mn tAE
t σσε ⋅+=)(
Déformations élastiques Déformations de fluage
MatMatéériauriau
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
00 28800 57600 86400 115200 144000 172800
temps / s
flèch
e / m
m
Essai 1
Essai 2
Simulation
CorrCorréélationlation CalculCalcul
7
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7 14
15
13 6
12
11 10 9 8
5 1
7
1
3
2
4
Calculs sur piCalculs sur pièèce industriellece industrielle
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 28800 57600 86400 115200 144000 172800
Temps (en s)
Dép
lace
men
t (en
mm
)
point12_1point12_212
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La démarche M3C
Exemple aux grandes déformations
CONCEPTION PREDICTIVE
clip automobile
PP, PA, POM Essai de traction à 23°C
Influence de la vitesse
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 0,01 0,02 0,03 0,04
Déformation longitudinale vraie
Con
trai
nte
vrai
e (M
Pa)
10-2 s-110-3 s-110-4 s-1
7N
21N
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Autres applications : composites, élastomères
Fluage à 70°C + torsion à 23°C = flèche < 17°
12°
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Réduction de prix pièces par introduction de recycl é
Gain de matière par la technologie
monosandwich
-30% sur le prix final
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Autres possibilités de l’injection monosandwich
Peau vierge + cœur Fibres naturelles
Toucher Soft + cœur rigide
Peau technique + cœur bon marché
Peau vierge + cœur moussé
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Allégement des pièces par l’injection assistée gaz IAG
Gain sur prix pièce de 30%
Buse universelle
pour utilisation des
moules classiques en
IAG
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Exemple sur Exemple sur caillebotiscaillebotis
Pièce creuse
Simulation de la veine gaz
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Réduction des coûts d’outillages en plasturgie
Les outillages coûtent chers
L’injection est réservée aux grandes séries
Concurrence des pays low cost
Repenser la conception des outillages (dimensionnement/poids)
Adapter les matériaux (usinage, usure, séries)
Éviter les copeaux (ébauches, empreintes…)
Optimiser les circuits de refroidissements
Baisse de 30 à 40% des coûts actuels
Apollor CM2T Ecolor Spimeca Trolitan Milplast EVR FDT CRL Drire Lorraine
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Décoration par jet d’encre ou sublimation
Décor durable, quadri, petites séries (jet d’encre) et 3D (sublimation)
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Merci de votre attention
à votre disposition pour tout renseignement complémentaire
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12 Décoration par sublimation
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