Méthodologie de conception d'outillages modulaires hybrides basée sur l'évaluation quantitative de la complexité de fabrication

In order to stay competitive, manufacturers have to develop new products in a very short time and with reduced costs, whereas customers require more and more quality and flexibility. The field of tooling (dies and molds) does not break these constraints and one possibility to improve competitiveness is to design and manufacture tools with modular and hybrid points of views. Instead of a one-piece tool, it is seen as a 3-D puzzle with modules realized separately and further assembled. With the modular point of view, every module may be produced simultaneously and few modules may be changed without changing the whole tool. In the hybrid point of view, tools are decomposed into modules which will be manufactured by the best process, in term of time, cost and quality. Presently, focus is put on comparison between a subtractive process (High-Speed Machining) and an additive process (Selective Laser Sintering). Nowadays, a number of additive fabrication technologies are used to produce metal parts and tools. These technologies provide an interesting alternative to CNC machining, especially in quickly manufacturing complex shapes. This work concerns the development of a new hybrid modular tooling design methodology. The aim of this new methodology is to propose a hybrid modular decomposition of the tool which facilitates its manufacturing. So two points have to be taken into account: the evaluation of the manufacturability of the tool at the design stage, and a hybrid modular decomposition that can decrease the manufacturing complexity. Therefore, manufacturability indexes have been created, there are calculated and compared in order to show the improvements between the first design and the hybrid modular one. A procedure has been developed to evaluate manufacturing complexity form a tool CAD model, with the calculation of manufacturability indexes. The work has been carried out on CAD software. The methodology is applied on industrial dies from automotive industry.Dans le contexte actuel de concurrence industrielle internationale, la diversité des produits proposés et leur complexité croissante imposent aux industriels de proposer des produits manufacturés innovants, de qualité, à moindre coût et dans des délais de plus en plus contraignants. Le marché de la fabrication d'outillages de mise en forme (moules d'injection, matrices d'emboutissage, etc) a fortement évolué. Les outillages doivent désormais être conçus et mis au point plus rapidement, être adaptables aux différentes variantes de produits et fabriqués à coût maîtrisé. Ainsi, les outillages peuvent avantageusement être conçus avec une double approche : modulaire et hybride. Les outillages sont vus non plus comme une seule pièce, mais comme un puzzle en trois dimensions, avec différents modules fabriqués séparément puis assemblés. L'approche modulaire permet de prendre en compte les différentes variantes d'une même famille de pièces à produire en facilitant un changement rapide des parties de l'outillage. L'approche hybride permet de choisir le procédé de fabrication le plus adapté pour chacun des modules de l'outillage. Nous nous sommes intéressés aux procédés d‟usinage par enlèvement de matière ainsi qu'aux procédés de fabrication rapide par ajout de matière. Ces technologies additives arrivent à maturité et, bien qu'un haut niveau de qualité soit encore délicat à obtenir, les possibilités de réalisation de formes difficiles, voire impossibles, à usiner par enlèvement de matière rendent ces procédés très attractifs. Ce travail de thèse consiste donc en l'élaboration d'une méthodologie de conception d'outillages modulaires hybrides. Cette méthode permet, dans un premier temps, d'analyser la complexité de fabrication des outillages lors de leur conception. Dans un deuxième temps, afin de réduire la complexité de fabrication (et par conséquent, diminuer les temps et coûts de réalisation à qualité égale), une nouvelle conception de l'outillage est proposée, en appliquant les points de vue modulaire et hybride. La complexité de fabrication de ce nouvel outillage est ensuite analysée, puis comparée à la première afin de quantifier les gains induits par notre approche modulaire hybride. Une maquette informatique a donc été développée et implémentée dans un logiciel de CAO pour mettre en évidence les possibilités d'utilisation de la méthodologie lors de la phase de conception d'outillages. Elle est testée sur différentes pièces-test et outillages industriels, en particulier dans le cadre du projet EMOA (Excellence dans la Maîtrise de l'Ouvrant Automobile haut de gamme) piloté par PSA Peugeot-Citroën