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

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 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

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

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

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

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 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 3D Savoir – faire : Mécatronique Organisationnel : Qualité, mise en œuvre adaptée au projet (manuel qualité 01/2007) réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

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

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

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

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 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 3D : complexité de pièces réalisables Démarche qualité en augmentation Mécatronique : demande limitée réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

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

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

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 Affectation ETP Personne réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

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

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

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

Les logiciels (non exhaustif) CAO (conception assistée par ordinateur) : CATIA V5-6R2013 (en fin de vie) & Smarteam Version actuelle R23 (ne fonctionne pas sous Windows 10) R26 (passage premier semestre 2017) compatible Windows 10 Arrêt maintenance 2019 3D 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 Avenir limité remplacement obligatoire , l’in2p3 se projette vers 3D expérience Groupe de travail CNRS pour le remplacement de catia V5) réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

Fabrication Additive plastique U Print SE + (20K€ 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

Fabrication Additive métallique Trois techniques majeures pour l’impression métallique : 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 Matière TA6V Grande résistance CLAD : Construction Laser Additive Directe Travail sous gaz neutre Poudre métallique (Acier, Inox, Alu) Outillage serrage en frittage titane (ATLAS) Avantages de la fabrication additive : Pièces complexes et évidées Pièces creuses Qualité des pièces Résistance mécanique Parois minces Précision (0,2mm) Nouveau développement : Fabrication Additive-Soustractive 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

Evolutions organisationnelles Niveau LPNHE Compétences du personnel d’atelier étendues au bureau d’études Niveau IN2P3 Dépannage entre laboratoires (APC, LAPP) Pôle de compétence ? Fédération ? Mutualisation (APC-LPNHE, de 2000 à 2009) Niveau UPMC Dépannage entre laboratoires (LKB, INSP) 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 Déjà effectif réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 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 ? Fabrication Montage … réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 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 : DR14 Toulouse : enquête sur l’avenir des ateliers de l’INSA et l’OMP….. IN2P3 Réflexions APC/ LPNHE / LLR (26/09/2016) Groupe de travail : Ateliers mécanique (de l’IN2P3) réunion 28/09/16  rapport 12/2016 réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

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

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

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

réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 Mécatronique Intégration de capteurs dans les mécanismes Asservissement des déplacements Moteurs électrique Vérins pneumatique Contrôle par automate programmable Banc de tests Système de sécurité (SIL2) 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

Evolution de la conception Optimisation topologique Avant : Optimisation de forme variation de la frontière de la pièce. Maintenant :  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 …  modification de la façon de concevoir 22 pièces 1 Pièce réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016

Nouveau développement : Fabrication Additive-Soustractive (Métal) 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 : SLS : Balayage faisceau laser sur lit de poudre - Travail sous vide - Matériaux variés(métaux, plastique, céramique…) - Poudre métal : imprégnation bronze possible Outillage serrage en frittage titane (ATLAS) EBM : Balayage faisceau d’électron sur lit de poudre - Travail sous vide - Matière TA6V - Grande résistance Nouveau développement : Fabrication Additive-Soustractive (Métal) Ajout d’une fonctionnalité pour finaliser les pièces : Intégration d’un système CLAD dans un Centre d’Usinage CLAD : Construction Laser Additive Directe - Travail sous gaz neutre - Poudre métallique (Acier, Inox, Alu) 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 (0,2mm) réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016 Prix : 120K€ à 1500K€

Fabrication Additive plastique (Impression 3D) Actuellement au laboratoire Autres procédés FDM : Dépôt Fil Fondu U Print SE + (20K€ 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 10K€ > 100K€ selon la taille SLS : Frittage Sélectif par Laser (Matériaux en poudre) - Alumide (mélange polyamide et aluminium) - PA11, PA12, PA12 + fibre de verre, PA12 + fibre de carbone - Prix des machines entre 90K€ > 350K€ 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 50K€>150K€ selon la taille et le nombre de matériaux simultanés possible. réflexions en mécanique - Pise 05/10/2016