Des outils 4.0 au service de la fabrication d’un moteur de 1920

Des étudiants reconstituent un bloc moteur des années 30 avec des outils 4.0
Actualité

A l’origine : une voiture ancienne de la marque Bignan à restaurer. Le bloc cylindre, le cœur du moteur, était trop endommagé pour être réparé. Accompagnés par le personnel enseignant et technique du campus Arts et Métiers de Metz, quatre étudiants ont rétro-conçu un nouveau bloc avec des outils 4.0. La première étape dans la remise en service de la voiture.

Un projet pédagogique proposé par les étudiants

Chaque année, les étudiants de 1re et 2e année en Programme Grande École Ingénieurs doivent mener un projet en équipe. L’objectif est d’apprendre à travailler en groupe sur une problématique technique, technologique et organisationnelle. Ils sont toujours accompagnés par un groupe d’enseignants et peuvent prendre appui sur les ressources du campus (personnel technique qualifié, logiciels, plateformes technologiques, etc.).

C’est Maximilien Rousselle, étudiant en 2e année et propriétaire du véhicule à restaurer qui a proposé ce projet à un enseignant l'année dernière. Nicolas Bonnet, enseignant en fonderie, en cerne les contours : « Il y avait un projet concret et un objectif. En fonction du point de départ, j’ai rapidement évalué les compétences qu’ils pouvaient acquérir : gestion de projet bien sûr avec gestion du planning, du budget, organisation de l’équipe, etc. Mais aussi utilisation d’outils modernes comme la rétro-conception ou l’utilisation de logiciels métiers de simulation. ».

Reconstitution de la pièce grâce au scanner 3D

Les étudiants ne disposent d’aucun plan sur lequel se baser pour redessiner la pièce. C’est grâce à un scanner 3D qu’ils obtiennent une première géométrie : des gommettes servent de points de repère au scanner qui numérise les surfaces extérieures de la pièce. Quelques parties clés sont mesurées de manière plus précise sur une machine tridimensionnelle. Une fois ce travail fini, les étudiants disposent d’une image de la surface de la pièce.

A l’aide d’un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur (CAO), ici Catia® V5, logiciel largement utilisé dans l’industrie, ils conçoivent la pièce afin d’obtenir une géométrie respectant les fonctions attendues du bloc moteur.

Fabriquer la bonne pièce du premier coup grâce au jumeau numérique

Les étudiants choisissent de fabriquer la pièce en fonderie, comme sont encore fabriqués actuellement la plupart des blocs moteurs. Pour utiliser des moyens modernes de réalisation, c’est en impression 3D que le moule est réalisé. Les étudiants travaillent alors à concevoir tous les éléments nécessaires à sa fabrication : système de remplissage, évents d’évacuation d’air…

Pour s’assurer qu’ils ont bien dimensionné tous les éléments, ils réalisent un jumeau numérique de leur moule sous Magmasoft®. Il s’agit d’un logiciel de simulation numérique du procédé de fonderie, aussi largement utilisé dans l’industrie. Le jumeau numérique est une reconstitution digitale de la réalité : l’ordinateur prédit au plus proche le processus d’obtention de la pièce finale. En faisant varier différents paramètres soigneusement choisis (temps de remplissage, section et forme du canal de coulée, etc.), ils parviennent à optimiser leur moule pour être sûrs d’obtenir la pièce souhaitée du premier coup : une seule coulée est financièrement autorisée.

Gestion des partenaires et visite d’entreprise

Une fois tous les plans finalisés, les quatre étudiants fournissent les fichiers 3D aux entreprises qu’ils ont démarchées pour réaliser la prestation.
L’une d’elle, les Fonderies Vignon est chargée de couler la pièce. Les étudiants bénéficient en sus d’une visite de l’entreprise et assistent à la coulée et au décochage de la pièce, qui se déroulent comme prévu par les simulations numériques.

Dernière étape : simuler puis réaliser l’usinage

Reste à finaliser les surfaces : c’est le rôle de l’usinage. Il s’agit d’enlever de la matière, afin d’obtenir une qualité supérieure et une géométrie conforme qui permettront le bon fonctionnement du moteur.

Encore une fois, les étudiants utilisent les outils numériques pour simuler le procédé et définir les bonnes trajectoires d’usinage. Une étape primordiale pour la résurrection du moteur. C’est ce qu’on appelle la Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO). Ils définissent au travers du logiciel Catia® V5, les différentes machines utilisées, l’ordre des opérations d’usinage ainsi que les trajectoires des outils, les outils de coupe utilisés ainsi que leurs paramètres d’utilisation (vitesse de coupe, d’avance…). L’usinage virtuel permet de s’assurer que l’usinage réel se réalisera sans problèmes majeurs.

La pièce est aujourd’hui usinée. Au total, les élèves ont travaillé en moyenne 300 heures sur les logiciels métier et 400 heures sur les moyens de fabrication.

Bravo à eux : Maximilien Rousselle, Guillaume Conrad, Nathan Niederlender et Louis Plard.

 

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