Jeudi 24 mai, à la délégation
“La Mécanique au service de l’Electronique”
Introduction et annonce des présentations :
Cette 16ème rencontre régionale a été l’occasion d’inviter pour la première fois des mécaniciens avec lesquels les électroniciens sont régulièrement impliqués pour la production d’instruments scientifiques durables. Cela pourrait être le début d’une nouvelle méthode de développement commun permettant de croiser nos différentes expertises pour cibler des conditionnements optimisés. Cette rencontre a permis aux électroniciens d’apprécier l’analyse de nos problématiques communes par une autre culture et une autre approche. Les partages d’expérience présentés à l’occasion de cette rencontre ont apporté un éclairage sur nos connaissances réciproques avec des potentiels technologiques en adéquation avec les objectifs de nos laboratoires.
Lahcen présente la chronologie de la journée et propose un titre pour cette rencontre originale entre mécaniciens et électroniciens et qui pourrait s’intituler la mécatronique. Il remercie l’ensemble des personnes impliquées dans l’organisation de cette rencontre et en particulier Dominique Imhoff représentant la MRCT (Mission Ressources et Compétences Technologiques), Ingrid Bonet, Alexandre Teste, Laurence Neuville et Roxanne Castanet de la délégation DR14.
Ingrid Bonet rappelle les fondamentaux qui ont favorisé la création du réseau des électroniciens. Le partage d’expériences, les formations adaptées à des besoins inventoriés, les séminaires et les journées techniques, la veille technologique, les visites d’entreprises, les clubs à thèmes et les tutorats sont des actions de cette structuration qui a permis un désenclavement de tous les électroniciens. Elle salue l’initiative de ce séminaire original. Alexandre Teste, remercie la MRCT pour son soutien financier à l’organisation de cette journée et son implication dans les missions des réseaux.
Présentation du réseau des mécaniciens :
Gilles Roudil est l’animateur du réseau régional des mécaniciens. Il nous présente l’organisation de cette structure qui dépend aussi d’un réseau national qui coordonne des comités de pilotage en région. La particularité de ce réseau est d’avoir associé la DR14 et la DR13 avec des mécaniciens présents de Tarbes à Montpellier, en passant par Odeillo, Toulouse, et Perpignan. Le réseau des mécaniciens intègre des membres de plusieurs tutelles à l’image du réseau des électroniciens. Chaque année, des questionnaires sont transmis pour évaluer les besoins en formations auprès des membres du réseau et des séminaires sont programmés sur des thèmes techniques attendus. Une liste de diffusion nationale permet de contacter l’ensemble des mécaniciens pour solliciter de l’expertise et partager des informations du métier. Tous les membres de la liste de diffusion régionale ne sont pas implicitement inscrits sur la liste de diffusion nationale.
La problématique des interface par Driss Kouach :
C’est une présentation sur la méthodologie de conception vers laquelle nos efforts communs doivent converger pour éviter certains écueils. Il rappelle qu’il est avant tout impératif de bien répartir les rôles de tous les intervenants dans un projet. L’expérience des électroniciens est parfois mauvaise conseillère au stade du conditionnement de nos cartes électroniques où il peut être omis de bien tenir compte des volumes disponibles. La bonne pratique suggère de connaître les dimensions du boitier avant d’entreprendre le moindre routage de circuit imprimé. Un langage commun doit être convenu pour comprendre la problématique de l’autre métier afin d’identifier les fonctions avec leurs contraintes.
La frontière entre les deux métiers étant parfois difficile à identifier, les développeurs impliqués dans un projet restreignent leur métier à la fonction principale dont ils ont la responsabilité. C’est ainsi qu’il devient difficile de savoir à qui incombe le rôle de définir les chemins de câblage ou de dimensionner la connectique dans un volume qu’il faut prévoir.
La zone d’interface définie par Driss Kouach est implicitement liée à l’analyse initiale des contraintes. Dans ce contexte il est conseillé d’utiliser des outils de gestion de projet comme les blocs diagramme et l’analyse fonctionnelle qui permettent de cibler au mieux un produit. Les contraintes peuvent être de plusieurs natures comme la sécurité des équipements et des personnes, la testabilité des équipements, la facilité de montage et de démontage, les décharges électrostatiques, la CEM, les vibrations, les rayonnements, la thermique et bien d’autres. Parmi les outils de gestion d’un projet, l’arbre produit permettra d’inventorier les interfaces d’un système. L’exemple du diagramme électrique nous permet de comprendre les liens entre toutes les fonctions du produit en faisant apparaître tous les connecteurs identifiés et leur localisation. Cet exemple doit aussi être appliqué au diagramme des masses en prévoyant dès le départ la possibilité d’isoler la masse électrique et la masse mécanique. L’architecture matérielle va inventorier l’ensemble des éléments à conditionner avec la prise en compte de toutes les contraintes et une analyse CEM impérative en amont du projet.
Un travail préparatoire doit identifier très tôt les conditions aux limites pour éviter les surprises en cours de conception. Quand des contraintes apparaissent pendant le développement (disponibilité de composants différents), Il faudra informer les partenaires impliqués des difficultés rencontrées et c’est pourquoi il est souhaitable de prendre en compte la culture des autres métiers.
Partage d’expérience par Patrick Arrufat et Stéphane Ferrère :
Stéphane et Patrick nous présentent un dispositif utilisé par le centre de recherche en cognition animale pour étudier les phénomènes mnésiques sur des drosophiles. Pour pouvoir vérifier l’effet de certains gênes sur le comportement de ces mouches, ils sont mutés pour être identifiés. La mécanique proposée conditionne les drosophiles dans des tubes équipés d’une grille conductrice qui applique des chocs électriques. Une analyse statistique démontre que des tests successifs confirment que les mouches apprennent l’orientation à prendre pour éviter le générateur de courant. L’usinage de l’ensemble des pièces mécaniques en Polyméthacrylate de méthyle (PMMA) a nécessité quelques précautions de serrage avec des vitesses de coupe adaptées. Le générateur de courant a une dynamique de 200 Volts avec un courant maximal de 10 mA. Cet instrument doit être produit en 10 exemplaires et correspond à un standard d’expérience (matériels et méthodes) partagé par d’autres chercheurs.
Les passerelles entre CAO électronique et CAO mécanique :
Pierre Abeilhou et Lionel Pettiti nous présentent la méthodologie employée pour des projets où les deux métiers interviennent. Lionel nous rappelle que le logiciel Altium gère très bien la 3D en produisant des fichiers au format DWG et DXF (Drawing eXchange Format) compatibles avec ceux utilisés par la mécanique. L’essentiel étant de récupérer les bibliothèques appropriées quand on développe un produit ou d’utiliser des logiciels dédiés à la création de composants en 3D avec un format partagé.
Sous Catia, les passerelles existent aussi et ce logiciel importera les données produites par Altium et réciproquement. Le format STEP devient aujourd’hui le standard d’échange entre toutes les applications de CAO. Dans le cadre de nos conceptions mécatronique, ce format semblerait très prometteur pour produire des créations 3D sous Altium comme pour les autres outils de CAO électronique mais à la condition d’utiliser les bonnes options.
Les outils pour produire des ensembles de pièces mécaniques intègrent des outils de gestion des étapes d’usinage et d’assemblage. C’est ainsi qu’il peut être très judicieux de récupérer chez les fabricants de composants les fichiers DXF de leurs produits et en particulier les boîtiers moulés pour les associer à nos conceptions. L’objectif de cette démarche étant de produire des fichiers natifs permettant une interprétation par les centres d’usinage.
Les outils de conception par Nicolas Striebig :
Les logiciels de CAO mécanique ont atteint un niveau de simulation qui approche le modèle réel avec étonnement. Nicolas Striebig nous présente la méthodologie pour produire une CAO exhaustive qui va intégrer des éléments mécaniques mais aussi des circuits imprimés en 3D avec la représentation des câblages. L’exemple choisi est une application RLS-ICEU (Raman Light Spectrometer – Instrument Control and Excitation Unit) pour la future mission martienne ExoMars/ESA développée à l’OMP. Cet instrument en partance pour Mars consiste à analyser des échantillons de roche par spectroscopie Raman. Cet instrument est équipé d’une source laser refroidie par un module Peltier intégrant une fibre optique dans un volume restreint. Le châssis est obtenu par évidement d’un bloc pour fixer l’ensemble de l’ossature qui permet d’accueillir les 2 fonctions électroniques (alimentations, calculateur et commande). La liste d’assemblage produite sous Autodesk Inventor permet de calculer la masse globale du dispositif et de positionner son centre de gravité. Les volumes mécaniques ont été définis en amont au niveau de l’architecture et il faut dès le départ en avoir une représentation précise avec l’ensemble des points de fixation. Les cartes électroniques peuvent être représentées sous Inventor à partir des fichiers Gerber produits en exportant les conceptions avec Altium. On récupère une image du fichier Gerber qui peut être appliquée à un support détouré avec une épaisseur donnée pour représenter le circuit imprimé. Les perforations sont appliquées sous Inventor et un rendu réaliste permet de visualiser l’ensemble des pistes avec vernis épargne et pastilles apparentes pour autoriser le placement des composants 3D. De nombreuses bibliothèques existent mais il est fortement recommandé de consulter l’adresse suivante pour trouver les composants électroniques standardisés les plus courants :
http://www.3dcontentcentral.com/
L’intégration 3D permet de révéler les non-conformités avant de lancer une quelconque production. Cette représentation 3D permet de vérifier que les volumes des différents modules ne viennent pas se chevaucher mais aussi que le câblage est cohérent, que la position des masses est appropriée, que les ponts thermiques sont respectés avec d’autres analyses fonctionnelles. Le modèle 3D permet d’appliquer des coupes pour vérifier que les contraintes masquées par certains volumes correspondent aux attentes. Le câblage et la connectique étant la zone de démarcation entre nos deux métiers, il peut parfois être négligé mais les solutions actuelles de représentation 3D devraient pouvoir corriger cette analyse du développement avant toute production.
Le modèle 3D de nos conceptions autorise des modifications mécaniques pour ajouter des solutions de test non intrusives permettant de réaliser une simulation réaliste hors d’un contexte réel. La conception 3D propose des rendus réalistes qui seront proposés aux décideurs avant de programmer une production. C’est le cas d’Autodesk design Review ou d’Autodesk Showcase qui sont deux applications qui permettent de vérifier des cotations, des volumes, des masses et bien d’autres paramètres. Les visualiseurs sont compatibles avec Adobe pour produire des documents à destination d’un public non équipé de logiciel de CAO.
Pour la gestion d’un projet, il est nécessaire d’identifier toutes les passerelles pour permettre un dialogue cohérent entre métiers. Les discussions préliminaires doivent inventorier les problèmes potentiels et toutes les contraintes (masse, thermiques, CEM, volume disponible, connecteurs, chemin de câblage, position des différentes électroniques, charges électrostatiques, puissance, etc…).
Développement d’une caméra CCD par Christian Pertel :
Ce retour d’expérience résume un projet pluridisciplinaire d’équipement scientifique, allant de l’utilisation en astronomie à la microscopie électronique. Le domaine d’utilisation implique des contraintes physiques différentes et le développement de cet instrument a dû tenir compte de ces contraintes de conception : taille, poids, optique, thermique, vide, protection aux rayonnements X. La modélisation mécanique par la CAO s’avère indispensable pour appréhender avec plus ou moins de réussite, ces paramètres…
Visite de l’atelier Mécanique du CEMES par Abdallah Bouzid et Pierre Abeilhou :
Cette visite nous amène de la Délégation régionale au CEMES. Au cours de cette visite très appréciée de l’ensemble des participants, Abdallah nous guide sur les utilités et les performances des différentes machines-outils de l’atelier. La visite se poursuit en 2 groupes pour des explications détaillées de l’imprimante 3D et du pilotage de la machine à commandes numériques à partir du logiciel de FAO Catia.
Pierre explique et décrit les outils de prototypage rapide (Imprimante 3D et Stratoconception obtenu par dépôt de fil fondu d’ABS. Cette imprimante 3D permet de produire des pièces qui ont une résistance mécanique moyenne mais qui est très complémentaire des autres centres d’usinage. Les formes et les volumes obtenus sont difficilement reproductibles avec des moyens conventionnels.
Abdallah nous fait une description de la chaine CATIA-CFAO, incluant la phase de simulation de l’usinage. Cette étape est indispensable pour éviter les risques de collisions de tout ordre (machine-machine, outil-machine, outil-pièce, machine-montage, objet, …). Le centre d’usinage 5 axes est connecté via le réseau, au poste de programmation FAO à l’aide duquel est défini la succession des opérations d’usinage à effectuer. Le logiciel CGTECH Véricut, parfaitement interfacé à CATIA permet de simuler de manière très réaliste cet usinage en globalité qui permettra notamment l’optimisation des conditions de coupe. Cette machine est équipée d’un dispositif modulaire de type palette entièrement intégré au sein de la simulation d’usinage afin de gérer les collisions éventuelles avec ce dernier.
Les questionnaires d’évaluation se révèlent une confirmation de la réussite de cette journée, par le plébiscite et le dynamisme présent des participants
Dans ce document se trouve les participants à la 16ème rencontre.
