Rflexions sur lvolution des projets et comptences techniques

Réflexions sur l'évolution des projets et compétences techniques en mécanique Pise - Octobre 2016 Didier Laporte Bernard Canton Philippe Repain Daniel Vincent ATRIUM-116711

Plan • • Compétences du service Implications du service 2010 -2016 Besoins des projets 2017 -2020 Focus sur le service Axes de réflexions Conclusions Discussions réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 2

Compétences du service mécanique Cœur de métier Etudes Fabrication interne Fabrication en sous-traitance Support atelier R&D Mécatronique / Automatisme Service mécanique Métrologie Bancs de tests Montage / Installation sur site Qualité Complémentaire réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 3

Bilans des activités du service 2010 -2016 ATLAS HGTD ATLAS Upgrade II ATLAS Upgrade I LSST Carousel prototype LSST CDD ILD / CALICE HESS / CTA DICE / DESI AUGER GENETHON 2014 DARKSIDE 2015 2016 2017 2018 réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 2019 2020 4

Principale ATLAS HGTD X ATLAS Upgrade II X LSST Carrousel X ILD / Calice Hess / Nectar X X X X X (150 K€) X X X X X LSST CCD X X X AUGER Auger X Généthon X X X (35 K€) Qualité X Mécatroniqu e/ automatisme Support Atelier X Montage / Installation site Imp 3 D X Ponctuelle Métrologie Fabrication soustraitance X Fabrication interne X Banc tests Etudes ATLAS Upgrade I Calculs R&D Activités passées et actuelles 2010 -2016 X X X X X X X X X DICE DESI DICE // DESI X X X Dark Side X X réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 X X X 5

Analyse 2010 -2016 • Activités – Principales : • • • Etudes Banc tests (avec instrumentation : Température, Force, déplacement) Fabrication interne Support atelier Montage / Installation sur site – Ponctuelles : • • R&D liée au(x) grand(s) projet(s) Calculs Sous-traitances (montant faible à important) Métrologie • Emergence : • Technique : impression 3 D • Savoir – faire : Mécatronique • Organisationnel : Qualité, mise en œuvre adaptée au projet (manuel qualité 01/2007) réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 6

Besoins des projets 2017 -2020 réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 7

Prévisions des activités du service 2017 -2020 ATLAS HGTD ATLAS Upgrade II LSST Carousel prototype LSST Carousel final LSST CDD ILD / CALICE HESS / CTA DESI AUGER GENETHON DAMIC Engagé DARKSIDE Potentiel STARDICE 2014 2015 2016 2017 2018 réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 2019 2020 8

X LSST Carrousel X LSST CCD ILD / Calice X X X X (170 K€) X X X qualité X Mécatronique / automatisme X X X X X DICE / DESI X X X X X DAMIC STARDICE X X HESS / Nectar DARKSIDE Montage / Installation site X Métrologie X Impression 3 D X Fabrication sous-traitance X Non définie Support Atelier X Fabrication interne ATLAS Upgrade II Banc tests X Etudes ATLAS HGTD Calculs R&D Activités futures et éventuelles 2017 -2020 ponctuelle Principale X X réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 X X 9

Analyse 2017 -2020 • Le cœur de l’activité du service restera le même : – Etudes – Fabrication – Montage intégration sur site La répartition variera en fonction de l’état d’avancement des projets • • • Support atelier systématique Augmentation besoin métrologie (renouveau) Calculs : demande restreinte mais forte Impression 3 D : complexité de pièces réalisables Démarche qualité en augmentation Mécatronique : demande limitée réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 10

Focus sur le service réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 11

Evolution des compétences du service mécanique Bureau d’études Fabrication mécanique chaudronnerie Instrumentation et expérimentation G. Daubard (D. Vincent) (B. Canton D. Laporte) (Y. Orain, Ph. Repain, P. Ghislain) D. Vincent - 2019 F. De Matos (D. Vincent) B. Canton - 2018 D. Laporte W. Ceria Y. Orain Ph. Repain - 2020 P. Ghislain - 2020 • Pas toutes les compétences • 4 Départs en retraite d’ici 2020 • Des compétences au-delà • Diminution des capacités de des emploi-types réflexions en mécaniquefabrication - Pise 05/10/2016 interne • Des évolutions de compétences 12

ETP 10 Affectation Ressources Total 8 ATLAS-SLHC 6 ATLAS HGTD / ILD 4 LSST ILD-Calice 2 0 Ressouces communes 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Personne 10 8 6 4 2 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 BE Atelier Total 13

X LSST Carrousel X LSST CCD ILD / Calice X X X X (170 K€) X X X qualité X Mécatronique / automatisme X X X X X DICE / DESI X X X X X DAMIC STARDICE X X HESS / Nectar DARKSIDE Montage / Installation site X Métrologie X Impression 3 D X Fabrication sous-traitance X Non définie Support Atelier X Fabrication interne ATLAS Upgrade II Banc tests X Etudes ATLAS HGTD Calculs R&D Activités futures et éventuelles 2017 -2020 ponctuelle Principale X X Danger réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 X X 14

Evolution constante du service • Des compétences : – Recrutement – Formation – Veille technologique • Des outils : – Les logiciels – Fabrication Additive plastique – Fabrication Additive métallique • Organisationnelles réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 15

Evolutions compétences / personnel Besoin d’une personne Besoin de compétences Formation interne Emploi type correspondant aux compétences principales Attractivité du laboratoire Historique : – – – Demande AI Bureau d’études (05/2013) Demande AI bureau d’études (départ Christophe 01/2014) NOEMI T fabrication (01/2016) NOEMI AI fabrication (04/2016) Demande AI Bureau d’études Demande CDD IR calculs (Atlas, …. ) Trouver la personne Contexte professionnel supprimée William (12/2015) non pourvue pas de candidat ! EAOM 2016 (4 ieme) EAOM 2016 (2 ieme) – T / AI fabrication ? réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 16

Les logiciels (non exhaustif) • CAO (conception assistée par ordinateur) : – CATIA V 5 -6 R 2013 (en fin de vie) & Smarteam • Version actuelle R 23 (ne fonctionne pas sous Windows 10) • R 26 (passage premier semestre 2017) compatible Windows 10 • Arrêt maintenance 2019 – 3 D expérience (souhait du CNRS) • Appel d’offre par la DDAI (2017) • Evolution : la base de données pilote la conception • Coût plus élevé Participation financière des laboratoires • Calculs : – ANSYS Mise à jour courante • FAO (fabrication assisté par ordinateur): – Alphacam Mise à jour courante réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 17

Fabrication Additive plastique U Print SE + (20 K€ en 2013) Dépôt fil fondu 1 matériaux ABS avec 1 couleur à la fois Précision 200 microns Pièces pour la sphère intégrante du banc optique (CCD - LSST) Alvéoles backflange et sous -ensembles pour LSST Anneau de soufflage pour le refroidissement de capteurs silicium sur la machine à pointes du LPNHE (ATLAS) Maquette du CCD avec son support pour LSST réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 18

Fabrication Additive métallique Trois techniques majeures pour l’impression métallique : • SLS : Balayage faisceau laser sur lit de poudre Outillage serrage en frittage titane (ATLAS) – Travail sous vide – Matériaux variés(métaux, plastique, céramique…) – Poudre métal : imprégnation bronze possible • EBM : Balayage faisceau d’électron sur lit de poudre – Travail sous vide – Matière TA 6 V – Grande résistance • CLAD : Construction Laser Additive Directe – Travail sous gaz neutre – Poudre métallique (Acier, Inox, Alu) Nouveau développement : • Fabrication Additive-Soustractive Avantages de la fabrication additive : • Pièces complexes et évidées • Pièces creuses • Qualité des pièces • Résistance mécanique • Parois minces • Précision (0, 2 mm) – Intégration d’un système CLAD dans un Centre d’Usinage • Possibilité de réaliser des pièces pouvant fonctionner à 10 -9 mb • Très grande précision mécanique due à l’usinage • Résistance mécanique équivalente à la fonderie réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 19

Evolutions organisationnelles – Niveau LPNHE • Compétences du personnel d’atelier étendues au bureau d’études – Niveau IN 2 P 3 • • Dépannage entre laboratoires (APC, LAPP) Pôle de compétence ? Fédération ? Mutualisation (APC-LPNHE, de 2000 à 2009) Déjà effectif – Niveau UPMC • • Dépannage entre laboratoires (LKB, INSP) Pôle de compétence ? Mutualisation Fablab : équipement collaboratif de conception et /ou fabrication permet d'accéder à des machines et équipements professionnels (par des personnes formées et habilitées) (Polytech) (enseignement) – Externe • Techshop fablab privé réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 20

Axes de réflexions • Quelles activités pour le service ? – Engagements conséquents dans des projets ? • • Maitrise d’œuvre, Calculs Etudes Mécatronique Tests Gestion sous traitance Installation – Faire du support mécanique ? • Etudes • Fabrication • Montage – … réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 21

Conclusions • Le service a un large éventail de compétences ! – Acquisitions de nouvelles compétences • • Adaptation aux besoins des projets existants et/ou nouveaux projets Apport par l’arrivée de personne – Certaines sont en cours de transmission – D’autres pourraient disparaitre avec des départs : • • • Fabrication / support atelier Métrologie Calculs …… Equilibre précaire : – Départ retraite : anticipation possible – Départ imprévu : disponibilité, détachement, NOEMI, FSEP • Prospectives en cours sur la mécanique – Université • Marseille / Grenoble – CNRS : • DR 14 Toulouse : enquête sur l’avenir des ateliers de l’INSA et l’OMP…. . – IN 2 P 3 • Réflexions APC/ LPNHE / LLR (26/09/2016) • Groupe de travail : Ateliers mécanique (de l’IN 2 P 3) réunion 28/09/16 rapport 12/2016 réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 22

Discussions réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 23

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 24

Backup réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 25

Mécatronique • Intégration de capteurs dans les mécanismes • Asservissement des déplacements – Moteurs électrique – Vérins pneumatique • Contrôle par automate programmable – Banc de tests – Système de sécurité (SIL 2) • Maitrise du système entier meilleure intégration – Etudes plus intégrées (capteurs, actionneurs, câblage) – Mise au point de l’instrument facilité • Elargissement des compétences du service : – Réponses aux besoins des projets (LSST, SNIFS, ILD. . . ) – Implication du support atelier en plus du BE – Besoin ponctuel de l’atelier de câblage réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 26

Evolution de la conception Optimisation topologique Avant : Optimisation de forme variation de la frontière de la pièce. Maintenant : Optimisation topologique Répartition de matière idéale dans un volume donné soumis à des contraintes. Minimiser la masse tout en maximisant la résistance mécanique. Association de contraintes de déplacement, de déformation, de résistance mécanique, de vibrations, de températures. . . Certains logiciels de CAO ont créé un atelier supplémentaire dédié à la topologie et son optimisation. L’arrivée de la fabrication additive a créé un besoin d’optimisation topologique : - pour la réduction du temps d’impression - des coûts matière … 22 pièces modification de la façon de concevoir réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 1 Pièce 27

Fabrication Additive métallique La fabrication additive permet de réaliser une pièce métallique à partir de poudre fondue par laser faisceau d’électrons Trois techniques majeures pour l’impression métallique : Outillage serrage en frittage titane (ATLAS) SLS : Balayage faisceau laser sur lit de poudre - Travail sous vide - Matériaux variés(métaux, plastique, céramique…) - Poudre métal : imprégnation bronze possible EBM : Balayage faisceau d’électron sur lit de poudre - Travail sous vide - Matière TA 6 V - Grande résistance CLAD : Construction Laser Additive Directe - Travail sous gaz neutre - Poudre métallique (Acier, Inox, Alu) Nouveau développement : Fabrication Additive-Soustractive (Métal) Ajout d’une fonctionnalité pour finaliser les pièces : Intégration d’un système CLAD dans un Centre d’Usinage Possibilité de réaliser des pièces pouvant fonctionner à 10 -9 mb Très grande précision mécanique due à l’usinage Résistance mécanique équivalente à la fonderie Avantages de la fabrication additive : - Pièces complexes et évidées - Pièces creuses - Qualité des pièces - Résistance mécanique - Parois minces - Précision (0, 2 mm) réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 Prix : 120 K€ à 1500 K€ 28

Fabrication Additive plastique (Impression 3 D) Actuellement au laboratoire Autres procédés FDM : Dépôt Fil Fondu U Print SE + (20 K€ en 2013) 1 matériaux ABS avec 1 couleur à la fois Précision 200 microns FDM : Dépôt Fil Fondu - ABS chargé avec des fibres (Carbone, Kevlar, Verre) - Résistance mécanique 5 fois supérieur a l’ABS seul - Prix des machines entre 10 K€ > 100 K€ selon la taille SLS : Frittage Sélectif par Laser (Matériaux en poudre) - Alumide (mélange polyamide et aluminium) - PA 11, PA 12 + fibre de verre, PA 12 + fibre de carbone - Prix des machines entre 90 K€ > 350 K€ selon la taille Poly-jet : Micro gouttes polymérisées aux UV - Précision mécanique jusqu’à 16 microns - Impression de différents matériaux plastiques - Possibilité de combiner les matériaux entre eux - Prix des machines entre 50 K€>150 K€ selon la taille et le nombre de matériaux simultanés possible. réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 29