I2M pilote un projet de fabrication additive micrométrique multi-matériaux grâce à la technologie brevetée Selective Laser Shock Spreading (SL2S). Cette méthode permet la manipulation et la projection de particules par principe du cold spray. Les applications sont la fabrication de pièces de petite échelle (antennes) et des réparations/marquages micrométriques. Soutenu par la SATT Aquitaine Science Transfert et le département MPI de l’I2M, le projet a validé son procédé à l'aide du banc de test robotisé DyMAM.

L'intégration de la robotique vise à relever des défis tels que le contrôle précis des particules, l'optimisation de l'énergie laser, l'automatisation complète, la sécurité et le suivi en temps réel. Ces avancées amélioreront l'efficacité, la précision et la capacité industrielle du SL2S.

Le projet ambitionne de faire évoluer le niveau de maturité technologique (TRL) de 3-4 à 7 grâce au Défi “Transfert Robotique”, avec le soutien des partenaires industriels Thales et BMI, pour des validations en conditions réelles et la création de prototypes industrialisables.

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I2M leads a project to develop micrometric multi-material additive manufacturing using patented Selective Laser Shock Spreading (SL2S) technology. SL2S enables high-speed particle projection by cold spraying. Applications are small-scale additive parts, and micrometric repairs/marking. Supported by SATT Aquitaine Science Transfert and I2M’s MPI department, the project validated its process using the DyMAM robotic test bench.

Robotics integration aims to address challenges like precise particle control, laser energy optimization, full automation, safety, and real-time monitoring. These advancements will enhance SL2S efficiency, precision, and industrial scalability.

The project seeks to raise its technology readiness level (TRL) from 3-4 to 7 through the Défi “Transfert Robotique”, with support from industrial partners Thales and BMI, enabling real-world validation and marketable prototyping.

ANR – France 2030 – Défi Robotique

L’Université de Bordeaux porte un projet de maturation sur la fabrication additive d’éléments mécaniques multi-matériaux (cuivre, or, argent, aluminium, titane, céramique…) à l’échelle micrométrique par ajout de matière, particule par particule (diamètre de 10 à 60 μm). Un banc d’essais robotisé a été financé par la SATT Aquitaine Science Transfert, et les travaux de recherche sur cette technologie sont portés par le département MPI (Matériaux Procédé et Interactions) de l’institut I2M (Institut de Mécanique et d’Ingénierie – UMR 5295). L’équipe MPI a confié à la SAS OpenIndus la réalisation d’un robot de validation scientifique appelé DyMAM de 2020 à 2022.

La nouvelle technologie SL2S (Selective Laser Shock Spreading) brevetée par le porteur de ce projet, permet de projeter des particules unitaires à une vitesse suffisante pour effectuer la projection à froid et ainsi la construction de pièces par additif de petites dimensions, la fonctionnalisation de surface ou la réparation micrométrique. L’optimisation de la gestion des matériaux et de l’énergie, mais aussi l’augmentation de l’efficacité et de la précision du processus SL2S nécessitent l’intégration de systèmes robotiques. Cependant, plusieurs verrous existent, tels que :

• La précision du contrôle des particules : Le positionnement des particules avec une précision micrométrique est crucial pour assurer la qualité des dépôts de matière et la robustesse des liaisons inter-particules. La durabilité des pièces produites par SL2S pourrait être améliorée par l’intégration de robots équipés de systèmes de vision de haute précision.
• L’optimisation de l'énergie laser : La problématique de l’efficacité de l’utilisation de l’énergie pourra être adressée par un pilotage robotique des mouvements associés aux tirs laser. De plus, il sera intéressant d’automatiser cette étape pour réduire significativement les cycles de production et améliorer la répétabilité du processus.
• L’automatisation des opérations : L’intégration de la robotique facilitera l'automatisation complète du processus de fabrication, l’accroissement de la productivité, la réduction des coûts opérationnels et des interventions humaines, minimisant ainsi les risques d'erreurs et d'accidents.
• Le renforcement de la sécurité : La technologie SL2S répond aussi aux risques de l’environnement de fabrication, en limitant les problématiques granulaires et en limitant les interactions laser-poudre, grâce à la manipulation de particules unitaires ou en batch.
• La surveillance en temps-réel : L’intégration de capteurs avancés sur les robots permettra de surveiller les conditions de fabrication et de proposer des ajustements dynamiques pour optimiser la qualité et la robustesse des pièces produites.

Finalement, au-delà d’une amélioration technique, cet objectif d’intégration de la robotique dans notre processus SL2S incarne l’évolution stratégique significative des capacités de production et représentera un vecteur de différenciation et d'innovation. Le développement de briques technologiques associées à la robotique grande vitesse et haute précision permettra de positionner la technologie comme un leader en matière de fabrication additive, d’une part, mais également comme pionnière dans l'automatisation avancée de ces technologies, d’autre part.

La SAS OpenIndus, concepteur et fabricant de solutions d’automatisme, de machines industrielles et d’équipements de laboratoire, a initié un rapprochement avec le laboratoire I2M à l’issue de la livraison du robot pour envisager une utilisation industrielle du banc robotisé DyMAM. L’objectif est de passer la solution technologique de placement et d’envoie de particule unitaire d’un TRL faible (3 ou 4) à un prototype mature industrialisable, de TRL élevé (7 à la fin de la phase 1). Le Défi « Transfert Robotique » est une opportunité très intéressante pour valoriser cette technologie unique issue de la recherche française dans un équipement industriel sur catalogue et commercialisable. Deux partenaires industriels font également partie du consortium et permettront de valider la technologie sur des cas d’usage concrets : Thales et BMI (Bureau Management Innovation).

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The University of Bordeaux leads a maturation project regarding additive manufacturing processes with the objective of manufacturing multi-material mechanical components (copper, gold, silver, aluminum, titanium, ceramics, etc.) at micrometric scale adding particle by particle (10 to 60 μm of diameter). The core of the technology is patented (WO 2021/084201). SATT Aquitaine Science Transfert funded a test bench, and MPI (Materials Processing and Interactions) department of the I2M institute (Institute of Mechanics and Materials – UMR 5295) is in charge of the research work on this technology. MPI team entrusted SAS OpenIndus with the creation of a scientific validation robot called DyMAM from 2020 to 2022.

We propose a new technology, Selective Laser Shock Spreading (SL2S), patented by the MPI team carrying this project, which allows for the projection of individual particles at sufficient speed to enable cold spraying and construction of small-sized additive parts, surface functionalization, or micrometric repair.

Optimizing material and energy management, as well as increasing the efficiency and precision of the SL2S process, therefore requires the integration of robotic systems. However, there are several bottlenecks, such as:

• Particle control accuracy: micrometrically accurate particle positioning is crucial to ensurethe quality of material deposits and the robustness of inter-particle bonds. The sustainability of parts produced by the SL2S technology could be enhanced by integrating robots equipped with high-precision vision systems.
• Laser energy optimization: The energy efficiency problem can be addressed by associating a robotic control solution of the movements and with laser. In addition, it will be interesting to automate this step to significantly reduce the production cycles and improve the process repeatability.
• Automated operations: The integration of robotic-related technological solutions will facilitate full automation of the manufacturing process, increase productivity and reduce operating costs and human intervention, thus minimizing the risk of errors and accidents.
• Enhanced safety: SL2S technology also addresses the risks of the manufacturing environment, by limiting granular problems and laser-powder interactions, thanks to single-particle or batch handling.
• Real-time monitoring: The integration of advanced sensors on robots will enable us to monitor manufacturing conditions and propose dynamic adjustments to optimize the quality and robustness of the parts produced.

Finally, beyond a technical improvement, the objective of integrating robotics into our SL2S process embodies the significant strategic evolution of production capabilities, and will represent a vector of differentiation and innovation. The development of technological building blocks associated with high-speed, high-precision robotics will position our technology as a leader in additive manufacturing, on the one hand, but also as a pioneer in the advanced automation of these technologies, on the other.

SAS OpenIndus, designer and manufacturer of automation solutions, industrial machines and laboratory equipment, initiated discussions with the I2M laboratory following the delivery of the robot to consider an industrial use of the DyMAM robotic test bench. The aim is to move the particle placement and spreading system from a low TRL (3 or 4), to an industrialisable prototype, with a high TRL (7 at the end of phase 1). The technical complexity and low TRL of the technology have prevented the project from obtaining the necessary financing to this date. It is in this context that the Défi « Transfert Robotique » seems an interesting opportunity to the consortium to promote this unique technology developed from French research in a marketable industrial equipment. The consortium also includes two industrial partners, Thales and BMI (Bureau Management Innovation), who will help validate the technology in real-life applications