Brevet FR3031929A1 — publié le 20160729

PROCEDE D'EVALUATION DES CONDITIONS DE MONTAGE D'UN ENSEMBLE MECANIQUE PAR PROTOTYPAGE [0001] La présente invention concerne un procédé d'évaluation des conditions de montage et de résistance d'un prototype préfigurant un ensemble mécanique, cet ensemble mécanique pouvant être un moteur thermique. L'invention concerne aussi un prototype pour un tel procédé d'évaluation. [0002] Par ensemble mécanique, il est entendu toute pièce complexe à laquelle peuvent être raccordés un ou des organes à l'aide d'interfaces de raccordement présentes sur la pièce complexe. Par conditions de montage de la pièce, il est entendu l'évaluation de toutes les propriétés mécaniques que doit présenter la pièce complexe pour assurer sa tenue et son fonctionnement, par exemple mais pas limitativement son état de surface et sa résistance mécanique fonction notamment de ses dimensions et la matière qui la constitue, plus particulièrement quand un ou des organes auxiliaires lui sont raccordés. [0003] Les conditions de montage concernent donc l'évaluation de la forme, des dimensions et de la matière de base la plus favorable pour la ou les interfaces de raccordement portées par la pièce complexe afin de réaliser le ou les raccords avec le ou les organes auxiliaires. Cela permet de déterminer si la pièce complexe pourra remplir efficacement et durablement sa fonction tout en ayant un montage facilité. [0004] Lors de la conception d'un ensemble mécanique, par exemple mais pas seulement un moteur thermique, il est nécessaire d'évaluer des conditions de montage ou d'assemblage qui permettent : - de définir la ligne d'assemblage : type de visseuse, nombre, position, estrade, position de l'ensemble, outils nécessaires, etc...., - de s'assurer que les opérateurs sont capables dans un temps donné de monter l'ensemble mécanique en respectant la protection contre les risques de blessures et les exigences ergonomiques, etc...., - de s'assurer que l'ensemble mécanique assurera durablement son rôle après montage. [0005] Les évaluations des conditions de montage, aussi connues sous l'abréviation ECM, se font généralement à l'aide d'un logiciel qui attribue une note et un niveau de risque, notamment trois niveaux de risque allant d'« acceptable » à « inacceptable » en 3031929 2 passant par « à risque ». Ces évaluations de condition de montage se font avantageusement suivant différents stades : - stade 1 : en numérique par l'utilisation de la conception assistée par ordinateur ou CAO, 5 - stade 2 : sur composants d'un prototype représentatif de l'ensemble mécanique, - stade 3 : sur la ligne d'assemblage définitive. [0006] Dans certains cas, il n'existe pas de prototype de l'ensemble mécanique. Dans ce cas, seules les évaluations de condition de montage numériques obtenues au stade 1 sont possibles pour définir la ligne d'assemblage. Cependant, cela présente le grand 10 désavantage de ne pas pouvoir caractériser les efforts de montage et les difficultés de montage, notamment le passage des doigts du monteur dans la ligne d'assemblage définitive. [0007] Dans d'autres cas, il existe un prototype mais celui-ci présente certaines limitations. Dans les techniques de prototypage d'un ensemble mécanique, il est connu 15 d'utiliser une technique appelée stéréolithographie qui permet de fabriquer un objet solide représentatif de cet ensemble mécanique à partir d'un modèle numérique. [0008] Dans ce procédé de fabrication d'un prototype, il est prévu d'utiliser un modèle de l'ensemble mécanique à reproduire en tant que prototype. Ce modèle peut être obtenu à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur ou CAO ou par acquisition 20 numérique d'un ensemble mécanique existant à reproduire. [0009] Un modèle de l'ensemble mécanique acquis numériquement en trois dimensions ou 3D est décomposé en tranches. Plus les tranches sont nombreuses et plus la reproduction du modèle sera précise. Un fichier exploitable est transmis à une installation de matérialisation du modèle, cette installation étant capable de réaliser un prototype 25 physique à partir des données contenues dans le fichier. Le plus fréquemment l'installation fonctionne à partir d'une stéréolithographie utilisant par exemple la photopolymérisation. [0010] La photopolymérisation consiste à faire durcir une résine dans un récipient par balayage d'un moyen de chauffage ou d'éclairage, par exemple un faisceau laser, sur la résine, le balayage correspondant à une des tranches composant le modèle. A chaque 30 fois qu'une quantité de résine correspondant à une tranche est durcie en reproduisant la forme de la tranche en 3D, il est passé à une nouvelle tranche et ainsi de suite jusqu'à la reproduction physique complète du modèle par un prototype dit de stéréolithographie. 3031929 3 [0011] Cette technique de photopolymérisation a subi des perfectionnements. Un perfectionnement notoire est qu'il est possible d'obtenir un prototype de l'ensemble mécanique qui soit en céramique, ceci en partant de poudres céramiques mélangé à une pâte de résine photosensible, ce qui permet d'obtenir un prototype par stéréolithographie 5 en céramique dense, matière plus représentative qu'une résine durcie d'un ensemble mécanique souvent en métal. [0012] Un tel prototype par stéréolithographie reproduit relativement fidèlement la forme extérieure de l'ensemble mécanique étudié, ce qui est un avantage pour l'évaluation du montage de l'ensemble mécanique, notamment de son encombrement et de l'espace 10 laissé ouvert aux monteurs autour de l'ensemble mécanique. [0013] Par contre, même dans le cas d'un prototype en céramique dense, un tel prototype par stéréolithographie peut ne pas être représentatif en ce qui concerne les propriétés de l'ensemble mécanique à tester. En effet, la matière et l'état de surface du prototype par stéréolithographie ont peu de chance d'être représentatifs de la matière et 15 de l'état de surface de l'ensemble mécanique réel que le prototype est sensé simulé. Les efforts de montage sont alors très difficiles à évaluer. [0014] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de réaliser un prototype d'un ensemble mécanique, ce prototype étant élaboré physiquement à partir de données numériques relatives à l'ensemble par un procédé similaire à un procédé de 20 stéréolithographie, ce prototype présentant des parties constitutives avec au moins une forme, une matière ou un état de surface qui soient représentatifs des parties de l'ensemble mécanique qui lui correspondent. [0015] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé d'évaluation des conditions de montage d'un ensemble mécanique portant au moins une interface de 25 raccordement à un organe, le procédé comprenant les étapes suivantes : - réalisation d'un modèle numérique correspondant à l'ensemble mécanique, - obtention par stéréolithographie d'un prototype physique de l'ensemble mécanique à partir du modèle numérique, le prototype présentant au moins une interface de raccordement simulée, 30 caractérisé en ce qu'au moins un insert est rapporté sur le prototype physique pour former ladite au moins une interface de raccordement simulée, les conditions de montage de l'organe sur l'interface de raccordement de l'ensemble mécanique étant évaluées avec ledit au moins un insert rapporté. 3031929 4 [0016] L'effet technique est d'obtenir un prototype fabriqué globalement de manière classique par stéréolithographie mais muni d'un ou d'inserts rapportés au prototype qui permettent de reproduire les conditions réelles de montage d'un ou d'organes sur l'ensemble mécanique réel. 5 [0017] Ainsi le grand désavantage d'un prototype obtenu par stéréolithographie qui est de ne pas pouvoir simuler les conditions de montage d'un ou d'organes raccordés à l'ensemble mécanique est évité. Avec un ou de tels inserts rapportés, les conditions de montage sur prototype sont, par contre, représentatives des conditions de montage réelles 10 d'un ou d'organes sur l'ensemble mécanique. [0018] Avantageusement, ledit au moins un insert présente une ou des propriétés physiques représentatives de celles de ladite au moins une interface de raccordement portée par l'ensemble mécanique, la ou lesdites propriétés physiques étant choisies 15 unitairement ou en combinaison parmi l'état de surface, la matière, le poids, la forme ou les dimensions représentatifs de ladite au moins une interface de raccordement. [0019] Avantageusement, il est procédé à la sélection d'une valeur d'au moins une propriété physique de ladite au moins une interface de raccordement simulée sur le 20 prototype par les étapes suivantes : - il est utilisé successivement au moins deux inserts amovibles présentant une valeur respective de ladite au moins une propriété physique, - il est procédé à une évaluation des conditions de montage pour chacun desdits au moins deux inserts et à la comparaison des évaluations, 25 - la valeur de ladite au moins une propriété physique de l'interface de raccordement est sélectionnée selon la comparaison des évaluations. [0020] Avantageusement, le poids et la forme de l'organe sont simulés dans le prototype. [0021] L'invention concerne aussi un prototype physique pour un tel procédé 30 d'évaluation des conditions de montage d'un ensemble mécanique portant au moins une interface de raccordement à un organe, le prototype comprenant un corps élaboré à partir d'un modèle numérique par stéréolithographie et présentant au moins une interface de raccordement simulée, caractérisé en ce que ladite au moins une interface de raccordement simulée est formée par au moins un insert rapporté au corps. 3031929 5 [0022] Avantageusement, ledit au moins un insert est amovible du corps du prototype. [0023] Avantageusement, quand l'organe est destiné à être intégré au moins partiellement à l'intérieur de l'ensemble mécanique par ladite interface de raccordement, le corps du prototype comporte au moins une cavité aux dimensions de l'organe, ladite au 5 moins une cavité étant remplie par un liquide ou une poudre simulant le poids de l'organe. [0024] Avantageusement, la cavité est fermée par un élément simulant au moins partiellement l'organe. [0025] Avantageusement, le prototype est un prototype simulant un carter cylindres pour un moteur de véhicule automobile. 10 [0026] Avantageusement, quand le prototype comprend au moins une cavité, cette cavité simule le logement d'une pompe à eau à l'intérieur du carter cylindres. [0027] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : 15 - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'un prototype physique par stéréolithographie d'un ensemble mécanique, ce prototype présentant au moins un insert rapporté conformément à la présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en de côté du positionnement d'une cavité dans un prototype selon la présente invention, cette cavité 20 préfigurant un organe destiné à être intégré au moins partiellement à l'intérieur de l'ensemble mécanique en étant remplie par un liquide ou une poudre simulant le poids de l'organe. [0028] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de 25 principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité. [0029] En se référant aux figures 1 et 2, la présente invention concerne un procédé d'évaluation des conditions de montage d'un ensemble mécanique portant au moins une 30 interface de raccordement à un organe. L'organe ou les organes peuvent être complètement ou partiellement introduits dans l'ensemble mécanique ou solidarisés avec l'ensemble mécanique en se trouvant à l'extérieur de l'ensemble. 3031929 6 [0030] Le procédé selon l'invention comprend une étape de réalisation d'un modèle numérique correspondant à l'ensemble mécanique puis d'obtention par stéréolithographie d'un prototype 1 physique de l'ensemble mécanique à partir du modèle numérique, le prototype 1 présentant au moins une interface de raccordement simulée 3. 5 [0031] Selon l'invention, au moins un insert 2 est rapporté au prototype 1 physique décrit précédemment, ledit au moins un insert 2 formant ladite au moins une interface de raccordement simulée 3. Ledit au moins un insert 2 présente des propriétés physiques représentatives de celles de ladite au moins une interface de raccordement portée par l'ensemble mécanique. 10 [0032] L'invention consiste donc, lors de l'assemblage d'un prototype physique fait d'une ou de pièces réalisées par stéréolithographie, à prévoir au moins une partie représentative rapportée dans le prototype physique obtenu par stéréolithographie de manière à pouvoir tester le montage d'un ou d'organes ajoutés à l'ensemble mécanique, ceci dans des conditions simulées les plus proches des conditions réelles. 15 [0033] L'invention concerne aussi un prototype 1 physique pour l'évaluation des conditions de montage d'un ensemble mécanique portant au moins une interface de raccordement à un organe. Le prototype 1 comprend un corps 5 élaboré par stéréolithographie, en une ou plusieurs portions, à partir d'un modèle numérique. [0034] Le prototype présente au moins une interface de raccordement simulée 3 20 simulant l'interface ou un des interfaces de raccordement que porte l'ensemble mécanique. L'interface de raccordement simulée 3 est formée par au moins un insert 2 rapporté au corps 5. [0035] «Rapporté » est pris dans le sens « d'ajouté » au prototype physique, cet insert 2 présentant une ou des propriétés physiques différentes du corps 5 du prototype 1 mais qui 25 se rapprochent de celles de l'interface de raccordement de l'ensemble mécanique qu'il est souhaité simuler, propriétés physiques qui seront ultérieurement plus précisément décrites. [0036] Le prototype physique peut être formé d'une ou de plusieurs portions, avantageusement des tranches, obtenues par stéréolithographie. Le terme rapporté peut 30 aussi bien signifier que l'insert 2 est ajouté au prototype 1 lors de sa fabrication ou après sa fabrication, en étant logé au moins partiellement à l'intérieur du prototype ou non. 3031929 7 [0037] Comme exemple non limitatif montré aux figures, il va être pris la simulation du montage d'une pompe à eau dans un carter cylindres, cette pompe à eau devant être emmanchée dans la façade accessoire du carter cylindres et encastrée au moins partiellement dans une cavité prévue dans le carter cylindres. 5 [0038] Le montage de la pompe à eau munie d'un joint entraîne un effort de montage dans le carter cylindres que l'on souhaite évaluer. Cependant pour un prototype 1 physique obtenu par stéréolithographie et simulant le carter cylindres, la matière et l'état de surface du prototype 1 ne sont pas représentatifs de ceux d'un carter cylindres. [0039] Selon l'invention, il est donc proposé soit de loger dans le prototype 1 physique 10 ou de lui ajouter au moins un insert 2 dans une matière, une géométrie et/ou un état de surface représentatifs de ceux de l'ensemble mécanique à simuler, par exemple un carter cylindres. Le ou les inserts 2 ainsi rapportés au prototype 1 physique permettent de simuler au mieux les conditions de montage d'un organe sur un ensemble mécanique, par exemple une pompe à eau sur un carter cylindres. 15 [0040] Avantageusement, il est délimité une plage de valeurs de propriétés physiques représentatives de celles de ladite au moins une interface de raccordement portée par l'ensemble mécanique. Cette plage de valeurs de propriétés physiques est formée des valeurs qui sont susceptibles d'être utilisées pour l'interface de raccordement présente sur l'ensemble mécanique. 20 [0041] Cette plage de valeurs de propriétés physiques permet de sélectionner une valeur optimale de la ou des propriétés physiques considérées par essais successifs et comparaison de l'incidence de diverses valeurs de cette ou ces propriétés physiques sur les conditions de montage. [0042] D'une manière générale, les propriétés physiques peuvent être choisies 25 unitairement ou en combinaison parmi l'état de surface, la matière, le poids, la forme ou les dimensions de ladite au moins une interface de raccordement. [0043] II peut être procédé à la sélection d'une valeur d'au moins une propriété physique de ladite au moins une interface de raccordement simulée 3 sur le prototype 1 de la manière qui suit. Avantageusement, cette valeur d'au moins une propriété physique peut 30 être celle qui confère la plus grande résistance mécanique à l'interface de raccordement tout en présentant un coût matière réduit. 3031929 8 [0044] Pour ce faire, il peut être utilisé successivement au moins deux inserts 2 amovibles pour ladite même au moins une interface de raccordement simulée 3 sur le prototype 1, ces inserts présentant des valeurs différentes d'au moins une propriété physique. Lesdits au moins deux inserts 2 présentent une valeur respective d'au moins 5 une propriété physique des propriétés physiques différentes tout en étant comprise dans la plage de valeurs de propriétés physiques. Ainsi, il peut être effectué un choix entre des valeurs d'au moins une propriété physique qui peuvent être possibles pour l'interface de raccordement de l'ensemble mécanique. [0045] Il peut être procédé à une évaluation des conditions de montage pour chacun 10 desdits au moins deux inserts 2 et à la comparaison des évaluations, la valeur de ladite au moins une propriété physique de l'interface de raccordement étant sélectionnée selon la comparaison des évaluations en étant celle qui semble la plus favorable des valeurs desdits au moins deux inserts. Pour établir la comparaison, il peut par exemple être pris un rapport résistance mécanique sur prix matière de l'interface de raccordement, ce rapport 15 pouvant être modulé par des coefficients. [0046] Chaque insert 2 est donc avantageusement facilement amovible du corps 5 du prototype 1 pour être remplacé par un autre insert avec une valeur différente d'au moins une propriété physique. [0047] Ainsi, il est possible d'essayer plusieurs inserts 2 pour la même interface simulée 20 3 à titre de comparaison de ces inserts. Par exemple, sans que cela soit limitatif, les propriétés physiques comparées peuvent permettre de choisir un état de surface convenable et économique sachant que plus la rugosité est faible, plus le prix de l'interface de raccordement augmente. A titre non exhaustif, la comparaison peut se faire sur la matière et la géométrie de l'interface de raccordement, par exemple sa largeur ou 25 son diamètre, le chanfrein d'entrée, la longueur de guidage, etc. [0048] Il peut être procédé au montage avec le ou les inserts 2 d'un élément 4 simulant au moins partiellement ledit au moins un organe à raccorder à l'ensemble mécanique, ledit élément 4 présentant la forme et le poids de l'organe. Cet élément 4 peut donc simuler par exemple au moins partiellement une pompe à eau dans un ensemble mécanique formé 30 par un carter cylindres. Avantageusement, le poids et la forme de l'organe sont simulés dans le prototype 1, comme il sera ultérieurement plus amplement décrit. [0049] Quand l'organe est au moins partiellement inséré dans l'ensemble mécanique, lors de l'évaluation des conditions de montage sur prototype, la représentativité de la 3031929 9 masse de l'organe à raccorder à l'ensemble mécanique peut se faire en laissant une cavité dans le prototype 1 physique. [0050] Ainsi, comme il est montré à la figure 2 tout en se référant à la figure 1 pour certaines des références numériques, quand l'organe est destiné à être intégré au moins 5 partiellement à l'intérieur de l'ensemble mécanique par l'interface de raccordement, le corps 5 du prototype 1 peut comporter au moins une cavité 6 aux dimensions de l'organe, cette cavité 6 pouvant être remplie par un liquide ou une poudre simulant le poids de l'organe. Avantageusement, cette cavité 6 peut être refermée par un moyen de fermeture, par exemple un bouchon ou élément 4 de fermeture, ce bouchon pouvant se visser sur 10 l'insert 2. [0051] La poudre ou le liquide pourra être de densité élevée, ce qui permet d'obtenir une masse et un ressenti au montage sensiblement équivalents à ceux obtenus lors du montage réel de l'organe sur l'ensemble mécanique par l'interface de raccordement. [0052] La cavité 6 peut être prolongée à l'extérieur du corps du prototype par l'élément 4 15 de fermeture, ceci particulièrement quand l'organe solidarisé à l'ensemble mécanique fait saillie au moins partiellement de cet ensemble mécanique. Ceci permet un remplissage de liquide ou de poudre facilité de la cavité 6 par l'élément 4 de fermeture. [0053] Comme précédemment mentionné, dans une application particulièrement avantageuse de l'invention, le prototype 1 simule un carter cylindres pour un moteur de 20 véhicule automobile. Plus précisément, le prototype 1 peut comprendre au moins une cavité 6, cette cavité 6 simulant une pompe à eau logée à l'intérieur du carter cylindres. Dans un carter cylindres, la pompe à eau peut présenter une première portion insérée dans le carter cylindres et une seconde portion se trouvant à l'extérieur du carter cylindres et entourant l'interface de raccordement en le recouvrant. 25 [0054] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS: 1. Procédé d'évaluation des conditions de montage d'un ensemble mécanique portant au moins une interface de raccordement à un organe, le procédé comprenant les étapes suivantes : réalisation d'un modèle numérique correspondant à l'ensemble mécanique, obtention par stéréolithographie d'un prototype (1) physique de l'ensemble mécanique à partir du modèle numérique, le prototype (1) présentant au moins une interface de raccordement simulée (3), caractérisé en ce qu'au moins un insert (2) est rapporté sur le prototype (1) physique pour former ladite au moins une interface de raccordement simulée (3), les conditions de montage de l'organe sur l'interface de raccordement de l'ensemble mécanique étant évaluées avec ledit au moins un insert (2) rapporté. 2. Procédé d'évaluation selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un insert (2) présente une ou des propriétés physiques représentatives de celles de ladite au moins une interface de raccordement portée par l'ensemble mécanique, la ou lesdites propriétés physiques étant choisies unitairement ou en combinaison parmi l'état de surface, la matière, le poids, la forme ou les dimensions représentatifs de ladite au moins une interface de raccordement. 3. Procédé d'évaluation selon la revendication 2, dans lequel il est procédé à la sélection d'une valeur d'au moins une propriété physique de ladite au moins une interface de raccordement simulée (3) sur le prototype (1) par les étapes suivantes : - il est utilisé successivement au moins deux inserts (2) amovibles présentant une valeur respective de ladite au moins une propriété physique, - il est procédé à une évaluation des conditions de montage pour chacun desdits au moins deux inserts (2) et à la comparaison des évaluations, - la valeur de ladite au moins une propriété physique de l'interface de raccordement est sélectionnée selon la comparaison des évaluations. 4. Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le poids et la forme de l'organe sont simulés dans le prototype (1). 5. Prototype (1) physique pour un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le prototype (1) comprenant un corps (5) élaboré par stéréolithographie à partir d'un modèle numérique et présentant au moins une interface de raccordement 3031929 11 simulée (3), caractérisé en ce que ladite au moins une interface de raccordement simulée (3) est formée par au moins un insert (2) rapporté au corps (5). 6. Prototype (1) selon la revendication 5, dans lequel ledit au moins un insert (2) est amovible du corps (5) du prototype (1). 5 7. Prototype (1) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel, quand l'organe est destiné à être intégré au moins partiellement à l'intérieur de l'ensemble mécanique par ladite interface de raccordement, le corps (5) du prototype (1) comporte au moins une cavité (6) aux dimensions de l'organe, cette cavité (6) étant remplie par un liquide ou une poudre simulant le poids de l'organe. 10 8. Prototype (1) selon la revendication 7, dans lequel la cavité (6) est fermée par un élément (4) simulant au moins partiellement l'organe. 9. Prototype (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, lequel est un prototype (1) simulant un carter cylindres pour un moteur de véhicule automobile. 10. Prototype (1) selon la revendication 9, pour lequel, quand le prototype (1) comprend au 15 moins une cavité (6), cette cavité (6) simule le logement d'une pompe à eau à l'intérieur du carter cylindres. 20 25