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Fabrication additive : des technologies en pleine maturation avec interview de Paul-Henri Renard de CTIF

Fabrication additive : la maturation des technologies

21/09/2016

La revue Mesures vient de publier dans son numéro de septembre, un article très complet  sur les technologies de fabrication additive en pleine maturation avec de nombreux témoignages d’acteurs du domaine. Notamment Paul-Henri Renard (CTIF) et Charles de Forges (Spartacus3D) s’expriment sur les évolutions à venir. Lire les principaux points forts de l’enquête.

A ses débuts, la fabrication additive concernait essentiellement le domaine médical. Aujourd’hui métal, résine, bois, céramiques, verre, fibre de carbone, tissus vivants ouvrent le champ de ses applications et depuis dix ans, elle gagne du terrain dans les pièces métalliques.

Des acteurs variés

De nombreux acteurs œuvrent dans le domaine.  Comme le souligne Paul-Henri Renard, Directeur Général de CTIF «Des start-up orientées vers le prototype aident des entreprises à évaluer la technologie, et les pièces fabriquées selon cette méthode.» Certains grands groupes investissent dans du matériel pour se faire leur expérience et d’autres font appel à des sous-traitants «qui produisent des pièces tout en amenant un accompagnement en ingénierie et en conception» précise Christophe Tisserand, responsable produits fabrication additive chez le fabricant de machines Renishaw.

Avec le médical, l’aéronautique est un secteur précurseur dans l’usage de cette technologie pour la fabrication de pièces métalliques. Pour Charles de Forges, Directeur Général de Spartacus3D «L’aéronautique a investi massivement, et ce n’est que le début. Mais aujourd’hui, d’autres industries abordent le sujet : énergie, ferroviaire, ou encore automobile. Beaucoup ont suivi les choses de près sans s’investir, mais commencent à avoir des idées.»

Selon Gilles Allory du Cetim, la fabrication de pièces métalliques représente la plus forte croissance «Il faut exploiter la liberté de forme qu’offre la fabrication additive.»

Dans le médical, il est possible de réaliser des pièces personnalisées, comme des prothèses,  des structures en treillis qui facilitent la fusion avec l’os …L’optimisation du poids des pièces offre également un intérêt important que souligne Bart van der Schueren de Materialise.

Il est également possible de gagner du poids en modifiant la forme de la pièce comme le précise Paul-Henri Renard (CTIF) «Cette nouvelle façon de mettre en forme les matériaux implique de nouvelles possibilités de confection. En fabrication additive, il est possible de mettre la matière uniquement là où l’on en a besoin.»

Pour le métal, la technologie sur lit de poudre permet de nombreuses libertés en termes de forme et une démarche d’optimisation topologique peut alléger une pièce. Emmanuel Laubriat, cofondateur du fabricant de machines BeAM le rappelle «Pour économiser de la matière, ou lorsque l’on travaille avec des matériaux difficiles à usiner, la fabrication additive par projection permet d’ajouter un morceau sur une pièce existante. Cela peut également être intéressant pour la réparation.»

La conception : un élément clé

 Dans l’aéronautique, la durée de vie des avions est très longue et à cette échelle de temps les fournisseurs des pièces peuvent disparaître ou ne plus disposer des pièces de rechange. «Refaire une pièce est alors très cher, car cela nécessite de fabriquer l’outillage. Mais en fabrication additive, l’opération est plus simple : on peut imprimer la pièce à partir de son modèle informatique. C’est très intéressant pour une petite série» explique Paul-Henri Renard.

L’outillage représente également un marché important, ainsi on peut imprimer des moules en sable pour la fonderie, des modèles en cire pour la joaillerie…«Avec ces applications, on révolutionne des technologies plus classiques, comme la fonderie d’aluminium sous pression ou l’injection plastique» poursuit Paul-Henri Renard.

Cependant, les procédés traditionnels de production restent moins chers, la fabrication additive nécessite de repenser la conception de la pièce et pour Charles de Forges, il faut prendre en compte la pièce dans son environnement et considérer le sous-système mécanique auquel elle appartient «Il est classique de voir des pièces soudées entre elles car il n’est pas possible de fabriquer la forme globale. En fabrication additive, on peut produire plusieurs pièces liées en une seule fois.»

Cependant on est encore loin de la production en grandes séries selon le directeur de Spartacus3D «Aujourd’hui, quelques centaines de pièces par an représentent déjà de grosses séries. L’aéronautique produit parfois des séries de l’ordre de la dizaine de milliers. Mais cela pourrait augmenter à l’avenir, avec des applications pertinentes et compétitives.»

Le coût de la technique reste élevé, en termes d’investissement, de prix des pièces et de temps de fabrication «jusqu’à plusieurs jours sur lit de poudre pour fabriquer un plateau de plusieurs pièces » rappelle Gilles Allory (Cetim) et le volume des machines limite la taille des pièces.

La qualité du matériau est importante et son utilisation pose des questions spécifiques comme le mentionne Paul-Henri Renard «La finesse des pièces métalliques imprimées est meilleure que pour une pièce de fonderie réalisée dans un moule en sable, mais moins bonne que pour une pièce usinée. Si l’on ne prend pas certaines précautions en imprimant, on peut créer des amorces de fissures.»

 Suivi de production et innovations

 Les caractéristiques d’une pièce peuvent varier selon le sens dans lequel elle est imprimée du fait de la fabrication couches par couches «La structure du métal est donc spécifique, différente de ce que l’on obtient en forge ou en fonderie. Il faut analyser et comprendre tout cela explique Paul-Henri Renard. Des traitements thermiques permettent de réduire cet effet.»

Le contrôle des pièces est également une autre difficulté et il n’existe pas encore d’approches standardisées pour les méthodologies de contrôle. La société BeAM vient de lancer le programme I Am Sure qui vise à développer le suivi du process afin de détecter en temps réel les défauts au cours de la fabrication.

Les poudres devraient également être mieux filtrées et leur manipulation plus automatisée, l’amélioration  de la vitesse devrait permettre la production de plus grandes séries. Les recherches sur les matériaux permettront à l’avenir une diversification. Les logiciels connaissent également des évolutions importantes pour transférer les fichiers plus facilement vers l’impression.

Gilles Allory (Cetim) résume «Il est probable que les machines qui fonctionneront dans 10 ans n’existent pas encore. De nouvelles technologies viennent bousculer le jeu… »

Source : Mesures, septembre 2016

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