S2 - CHAINE NUMÉRIQUE
S2.2 - Simulation
Les simulations numériques sont intimement liées au processus de création et d'optimisation d'un produit industriel.
Elles permettent d'optimiser le comportement et de vérifier les performances d'un système mécanique mais aussi d'associer très tôt dans le cycle de conception les contraintes de la réalisation.
Chaque simulation respecte un processus de modélisation, de traitement, d'interprétation et de comparaison au réel lorsque cela est possible qu'il convient d'identifier afin que si les apprenants découvrent la puissance des outils, ils puissent en mesurer aussi leurs limites.
Savoirs, connaissances
(concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
- Types de logiciels de simulation :
- simulation mécanique : comportements statique, cinématique, résistance des matériaux,
En dehors de cas simples et/ou guidés, l'assistance d'un spécialiste est proposée pour la modélisation et l'exploitation de systèmes plus élaborés.
Les simulations de modèles surfaciques ne sont pas concernées. La simulation de procédés a pour objectif de visualiser les défauts éventuels des pièces et d'agir en conséquence.
- simulation de procédés, topologique,
- simulation d'ergonomie, réalité virtuelle,
- simulation de prototypage.
- Données et paramètres associés aux simulations.
- Résultats exploitables :
- textes,
- courbes,
- cartographies…
S3 - COMPORTEMENT DES SYSTÈMES MÉCANIQUES
S3.1 - Chaîne d'énergie
Le programme s'attache à aborder le concept d'énergie comme étant une grandeur physique caractérisant l'état d'un système et comme étant transformée tout au long d'une chaîne d'énergie.
Dans son activité professionnelle, le titulaire de bac professionnel « Modélisation et prototypage 3D » est confronté à la compréhension des chaînes d'énergie et de leurs optimisations dans le cadre du développement durable. Cette partie peut être abordée en lien avec les mathématiques, physique-chimie, notamment dans le cadre de la co-intervention, dont les programmes viennent compléter les connaissances attendues.
Savoirs, connaissances
(concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
- Formes d'énergie, grandeurs énergétiques et unités :
- énergie et travail,
- analogie de puissance mécanique, électrique et hydraulique : produit d'une grandeur d'effort (force, couple, tension, pression, ...) par une grandeur de flux (vitesse, vitesse angulaire, intensité de courant, débit, ...),
- rendement.
Les différentes formes de l'énergie rencontrées : cinétique, potentielle gravitaire et élastique, électrique (seulement les puissances actives), hydraulique…
Travail, puissance et théorème de l'énergie cinétique dans des cas de mouvements simples (translation rectiligne et rotation autour d'un axe fixe).
Identification des paramètres influant sur la chaîne d'énergie.
S3.2 - Étude des comportements mécaniques des pièces et des systèmes
Le titulaire du bac professionnel « Modélisation et prototypage 3D », confronté à la compréhension et au choix de systèmes techniques, doit être capable de proposer des modélisations de solutions pour des cas simples puis de conduire les simulations d'étude de comportement mécanique correspondantes. Dans les autres cas, il est capable de dialoguer avec un spécialiste à qui il confie les modélisations.
En autonomie, le titulaire de ce bac professionnel interprète les résultats des simulations afin d'en tirer les conséquences sur les conceptions qu'il propose. Cette partie peut être abordée en lien avec les mathématiques, physique-chimie, notamment dans le cadre de la co-intervention, dont les programmes viennent compléter les connaissances attendues.
Savoirs, connaissances
(concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
S3.2.1 - Modélisation des mécanismes
- Cinématique des liaisons mécaniques :
- nature du contact,
- repère local, degré de liberté,
- modèle des liaisons mécaniques élémentaires,
- modélisation des liaisons technologiques en liaisons cinématiques (avec prise en compte des jeux, frottement, ...).
- Chaînes des liaisons :
- classe d'équivalence,
- graphe des liaisons,
- schéma cinématique.
La modélisation des mécanismes devra essentiellement être réalisée à travers l'exploration de systèmes réels accompagnés de leur modèle 3D.
S3.2.2 - Mouvements relatifs entre solides dans le cas d'une translation ou d'une rotation autour d'un axe fixe
- Notion de référentiel et de repère.
- Nature et définition des mouvements : rotation, translation.
- Trajectoires des points du solide.
- Vecteurs position, vitesse.
- Champ des vecteurs vitesse.
Cinématique d'un solide en mouvement de rotation ou de translation par rapport à un repère fixe donné : position, trajectoire, vitesse, accélération, champ des vecteurs-vitesse (translation ou rotation autour d'un axe fixe).
Représentation graphique des positions, vitesses et accélérations dans les cas de mouvements uniformes ou uniformément variés.
Pour les résolutions analytiques, on se limitera aux formules de base.
S3.2.3 - Mouvements plans
- Équiprojectivité du champ des vecteurs vitesse.
- CIR et distribution du champ des vecteurs vitesse.
- Composition des vitesses :
- loi de composition,
- traduction graphique pour des systèmes plans,
- applications au glissement et au roulement.
- Chaînes cinématiques :
- tracé des trajectoires et positions d'un mécanisme,
- notion d'enveloppe de pièce au cours d'un mouvement,
- lois d'entrée sortie.
Représentation graphique dans les cas simples (dont la vérification des interférences entre pièces au sein d'un mécanisme).
Sauf pour les cas plans simples, la détermination de lois d'entrée sortie s'effectuera à l'aide d'un logiciel de simulation.
S3.2.4 - Modélisation des actions mécaniques
- Action mécanique de contact et à distance :
- modèles de représentation d'une action mécanique (force et résultante de forces, moment et moment résultant, cas particuliers des couples et glisseurs),
- représentation graphique et analytique des vecteurs force et moment.
- principe des actions mutuelles.
Représentation des actions mécaniques sous forme vectorielle en vue de renseigner une simulation numérique.
- Contact entre pièces :
- nature géométrique du contact,
- frottement et adhérence : lois de Coulomb.
S3.2.5 - Comportement mécanique des pièces et des systèmes
- Isolement d'une pièce ou d'un système de solides :
- graphe des actions mécaniques,
- ordonnancement des isolements,
- frontière, actions intérieures et extérieures.
- Équilibre statique des solides, principe fondamental de la statique, énoncé du principe en vue d'une résolution :
Résolution graphique dans les cas de solides soumis à 2, ou 3 actions modélisées par des glisseurs de supports non parallèles.
Étude analytique dans les cas simples plans pour exemple (la résolution peut être développée dans le cadre du module de poursuites d'études)
Les modeleurs volumiques doivent aider à la compréhension des phénomènes mis en jeu.
- analytique,
- graphique.
- Caractéristiques géométriques et cinétiques d'un solide (centre de gravité, masse).
S3.2.6 - Résistance des matériaux
- Relation contrainte-déformation, loi de Hooke.
Les cas traités doivent rester simples et permettent de repérer les critères influents (les dimensions, les matériaux, les formes et les efforts)
L'étude et la validation des cas simples s'appuient sur l'exploitation de formulaires ou des logiciels de simulation.
Les modeleurs volumiques doivent aider à la compréhension des phénomènes mis en jeu. L'interprétation des résultats de simulation nécessite un apport de notion basique sur la contrainte de Von mises.
- Sollicitations simples (traction/compression, torsion des sections circulaires, flexion, cisaillement) :
- déformation,
- condition de résistance (coefficient de sécurité, limite élastique, limite à la rupture...).
- contrainte équivalente : Tresca et Von-Mises.
S4 - MATÉRIAUX ET TRAITEMENTS
S4.3 - Interaction fonction matériaux-géométrie-procédé-coût
Il s'agit ici de sensibiliser les apprenants au choix de matériau en prenant en compte les contraintes fonctionnelles d'une pièce. Pour l'apprentissage de ces méthodes, on s'appuiera sur des exemples simples faisant intervenir un nombre réduit de critères dont on aura justifié le choix avec les apprenants.
Ces savoirs sont directement liés à ceux du chapitre S7.1.2 : Méthodes de choix et procédures associées à l'optimisation de la relation produit - procédé - matériaux.
Savoirs, connaissances
(Concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
- Liens entre fonction technique, spécifications, procédé et matériaux.
- Optimisation du choix « matériaux, géométrie, coût » à l'aide d'un logiciel adapté connecté à une base de données
- choix des critères d'optimisation,
- méthodes d'optimisation par lecture de graphes des critères de choix.
On se limitera aux résultats obtenus : améliorations des performances, défauts induits, limites d'utilisations, conséquences économiques.
S7 - TECHNOLOGIE DES PROCÉDÉS
S7.1 - Procédés d'obtention, optimisation de la relation produit-procédé-matériaux
L'approche des procédés s'appuie sur l'identification des principes de transformation utilisés et sur les caractéristiques des familles de matériaux transformés. Elle permet d'associer aux procédés les principales caractéristiques des pièces obtenues (qualités et défauts, dimensions, précision, impacts environnementaux, coûts).
Des visites de plateaux techniques, plateformes technologiques en lycée, à l'université, en école d'ingénieurs, des visites de sites industriels sont à encourager à des fins de découverte des procédés notamment en s'inscrivant dans une démarche d'orientation active réfléchie dans le cadre de l'horaire d'accompagnement renforcé.
Savoirs, connaissances
(concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
S7.1.1 - Procédés d'obtention
- Procédés relatifs à l'obtention de pièces brutes :
- mise en forme par fonderie (au sable, sous vide, par injection),
- mise en forme par moulage (injection, compression, soufflage, extrusion),
- mise en forme par déformation (roulage, forgeage, estampage, découpe),
- méthodes des poudres (compression, coulée, injection),
- mise en œuvre des composites,
- procédés additifs,
- usinages non conventionnels (électroérosion, découpe au jet d'eau, découpe laser).
- Procédés permettant l'obtention de pièces finies :
- usinage (tournage, perçage, fraisage...),
- procédés de finition divers (surmoulage, découpe, électro-enfonçage, ...).
- Procédés d'assemblage :
- soudage (y compris friction et ultrasons) et brasage,
- collage,
- fixation mécanique.
- Procédés de finition et d'amélioration :
- peintures et marquages,
- polissage et texturation (gravure laser, attaque chimique),
- anodisation et chromage,
- métallisation, galvanisation.
S7.1.2 - Méthodes de choix et procédures associées à l'optimisation de la relation produit - procédé - matériaux
- Adaptation des formes, dimensions et précision d'une pièce,
- Procédure de choix d'un matériau relatif à un procédé et à un produit,
- Procédure de choix d'un procédé relatif à un matériau et à un produit.
C9 Élaborer le dossier de définition d'un produit
Données
Compétences détaillées
Indicateurs de performance
Tout ou partie des éléments suivants (papier et/ou numérique) :
La maquette numérique 3D.
Cahier des charges.
Les procédés d'industrialisation retenus.
Les procédures qualité de l'entreprise.
Les extraits de normes et réglementations.
C9.1 Produire la définition des pièces du produit en vue d'une fabrication ou d'un contrôle.
Les vues sont nécessaires et suffisantes à la compréhension des formes de la pièce.
L'échelle et le format de la mise en plan sont adaptés aux dimensions de la pièce.
Les normes graphiques sont respectées.
La cotation proposée, sur la maquette numérique 3D et sur les vues en plan, respecte les exigences fonctionnelles.
Les spécifications et tolérances dimensionnelles et géométriques, sur la maquette numérique 3D et sur les vues en plan, sont définies au regard des moyens de fabrication.
C9.2 Produire des vues d'ensemble du produit.
Les vues sont nécessaires et suffisantes à la compréhension du produit.
L'échelle et le format de la mise en plan sont adaptés aux dimensions du produit.
Les normes graphiques sont respectées.
Chaque pièce est repérée.
La nomenclature est établie.
Les spécifications de fonctionnement sont définies.
S6 - SPÉCIFICATION ET DIMENSION
S6.1 - Spécification des produits
L'approche de la spécification dimensionnelle et géométrique des produits s'appuie sur les normes ISO de tolérancement en vigueur. L'utilisation d'une méthodologie de cotation structurée et d'une identification de conditions fonctionnelles permettent une cotation de définition des différentes pièces d'un mécanisme.
Savoirs, connaissances
(Concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
S6.1.1 - Défauts des surfaces réelles
- Caractéristiques des surfaces réelles et identification des défauts dimensionnels, géométriques et micro-géométriques.
Caractérisations des limites des moyens de fabrication, traitements de surfaces et traitements de matériaux.
S6.1.2 - Types de tolérances et de spécifications
- Tolérancement dimensionnel.
- Tolérances générales.
L'objectif de la cotation est d'obtenir la définition des pièces d'un mécanisme en vue de sa fabrication.
Les spécifications géométriques (GPS) seront données et on se limitera à la lecture et à l'écriture de celles-ci sur des cas simples.
États de surfaces et fonctions des surfaces (mouvements relatifs, étanchéités…)
- Spécifications géométriques, concept de GPS :
- forme,
- orientation,
- position.
- États de surface.
- Identification des surfaces fonctionnelles (ou groupes de surfaces fonctionnelles) associées.
- Analyse et quantification éventuelle des conditions de fonctionnement et de montage (jeux, ajustements, chaîne géométrique des contacts, chaîne de cotes…).
- Cotation sur le modèle numérique 3D.
C10 Réaliser un prototype pour validation fonctionnelle et/ou visuelle
Données
Compétences détaillées
Indicateurs de performance
Tout ou partie des éléments suivants (papier et/ou numérique) :
La maquette numérique 3D.
Cahier des charges.
Les procédures qualité et de sécurité du moyen de prototypage.
Les extraits de normes, réglementations appliquées à l'entreprise.
Les moyens de prototypage et de post-traitement.
Procédure et outillage de maintenance.
Matériels de sécurité et EPI.
Consignes particulières en matière de tri, de stockage, élimination des déchets.
C10.1 Choisir le moyen et le matériau de réalisation du prototype
Le moyen de prototypage choisi est pertinent.
Le matériau choisi est cohérent vis à vis du moyen de prototypage et répond aux exigences d'utilisation du prototype.
C10.2 Paramétrer le moyen de prototypage
Les paramètres de base du logiciel de mise en œuvre sont définis et le fichier de fabrication est prêt.
Le moyen de prototypage est réglé et optimisé en fonction du matériau mis en œuvre.
C10.3 Réaliser le prototype
Le prototype brut produit répond visuellement au modèle numérique.
Les procédures de sécurité sont respectées.
C10.4 Effectuer le post-traitement du prototype
Le prototype finalisé, exempt d'éléments superflus, est robuste.
Les surfaces sont traitées en correspondance au visuel attendu.
C10.5 Contrôler le prototype
Les caractéristiques géométriques et dimensionnelles du prototype sont validées.
C10.6 Effectuer la maintenance de premier niveau des moyens de prototypage en appliquant les règles de sécurité
Les éléments d'usure sont remplacés.
Les moyens de prototypage sont nettoyés et entretenus.
Les procédures de sécurité sont respectées.
S6 - SPÉCIFICATION ET DIMENSION
S6.2 - Relevés dimensionnels
Savoirs, connaissances
(Concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
- Caractéristiques et technologie des instruments de mesure et contrôle.
- Relevé de mesures.
Ces concepts seront abordés sur des cas simples, en lien avec la rétroconception (scanner 3D) et le prototypage.
S7 - TECHNOLOGIE DES PROCÉDÉS
S7.2 - Création de prototypes de pièces et de mécanismes
Le terme générique « prototype » désigne la réalisation d'une maquette physique, à une échelle donnée, d'un mécanisme ou d'une pièce unique, permettant de valider des caractéristiques attendues.
Savoirs, connaissances
(concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
S7.2.1 - Les principes du prototypage
- Différentes technologies de prototypage
- Matériaux utilisés
- Logiciels spécifiques (utilisation et paramétrage)
- Post traitement
- Paramétrage des moyens de prototypages
Procédés additifs (FDM et SLA), découpe laser, procédés soustractifs simples.
Opérations de finition
- Coûts
S7.2.2 - Validation des prototypes
- Ergonomie
- Visuels
- Caractéristiques attendues (dimensionnelles, mécaniques, fonctionnelles)
S7.2.3 - Préparation et maintenance liées au moyen de prototypage
- Préparation et réglage du moyen de prototypage
- Maintenance du moyen de prototypage
Maintenance de premier niveau
C11 Produire les visuels permettant une exploitation des données par les parties prenantes du projet
Données
Compétences détaillées
Indicateurs de performance
Tout ou partie des éléments suivants (papier et/ou numérique) :
La maquette numérique 3D.
Cahier des charges.
Les consignes relatives à la destination des productions (client, service de maintenance, service commercial…).
Les procédures qualité de l'entreprise.
Les extraits de normes, réglementations appliquées à l'entreprise.
Consignes de sécurité liées aux moyens de réalité virtuelle ou augmentée.
Moyens de réalité virtuelle ou augmentée (casque, caméra, tablette, espace dédié, etc ...).
C11.1 Produire des représentations graphiques
L'éclaté est lisible et permet une bonne compréhension de l'assemblage.
Le rendu semi-réaliste est représentatif.
Les différentes positions de l'assemblage sont mises en évidence.
C11.2 Produire des documents de communication explicites et/ou interactifs (montage, démontage [vidéos, animations, etc])
L'animation de l'éclaté correspond à l'ordre de montage / démontage.
Les documents de communication permettent d'illustrer le fonctionnement du produit.
Le document interactif permet d'obtenir facilement des informations complémentaires.
C11.3 Intégrer des représentations dans des outils de réalité immersive et/ou augmentée.
L'ensemble des paramètres est défini pour obtenir le rendu recherché.
La maquette numérique est importée et préparée dans l'interface logicielle d'immersion.
L'exploration du produit dans l'environnement de réalité immersive et/ou augmentée permet sa bonne compréhension.
S2 - CHAÎNE NUMÉRIQUE
S2.4 - Représentations graphiques dérivées des maquettes numériques
Les savoir-faire associés à ces représentations ne font pas l'objet d'enseignements spécifiques mais sont toujours contextualisés et mobilisés à l'occasion des rapports, compte-rendu et production de dossiers techniques.
Savoirs, connaissances
(concepts, notions, méthodes)
Niveaux taxonomiques
Limites de connaissances
1
2
3
- Fonctionnalités logicielles relatives à la production de documents techniques :
- configurations graphiques visuelles (propriétés de couleurs, transparence) et de positions, coupe et écorchés 3D,
- édition de nomenclatures et éclatés,
- rendus réalistes (scènes, lumières, textures, décalques, qualité image),
- animations de fonctionnement, de montage / démontage.
- Fonctionnalités logicielles relatives à la mise en plan selon les normes de représentations du dessin technique :
- vues en projection, sections et coupes,
- dessin d'ensemble, dessin de définition.
- Mise en plan comportant les spécifications fonctionnelles selon la norme.
- Décodage d'une mise en plan.
Dans le respect des normes en vigueur.
- Technologie et utilisation de la réalité immersive / augmentée :
- outils et consignes de préparation,
- gestion d'import des maquettes,
- préparation de la maquette (textures, scènes, lumières...),
- préparation de l'environnement (espace, positionnement, orientation…)
- formats d'export (vers l'outil ou vers un format pour des présentations interactives, ou intégration dans des supports numériques).
L'exploitation des outils de la réalité immersive et augmentée sont des compléments à la mise en valeur des productions mais aussi d'aide à la compréhension des supports originaux ou modifiés par la démarche de créativité.