Par Marie MOULIN, Consultante – Financement de l’Innovation – ACIES

Que reste-t-il d’impossible avec l’impression 3D métallique ?

Plus connu habituellement pour ses objets connectés ou les technologies mobiles et électroniques grand public, le dernier CES de Las Vegas a récemment mis à l’honneur de nouvelles techniques d’impression 3D métalliques.

Les plus notables sont :

  • Sculpteo, un service français d’impression 3D, qui a présenté un vélo intégrant plusieurs techniques d’impression 3D : impression 3D métal, découpe laser et impression 3D de polymères (plastique et résine).
  • MarkForged a présenté son imprimante Metal X, qui utilise une nouvelle technologie nommée ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing), dont le processus est encore gardé secret par la société. Cette technique utilise des matériaux comme la poudre de titane, l’inox, l’aluminium, l’acier ou l’Inconel pour créer des pièces en métal. Ces machines devraient présenter des coûts drastiquement réduits par rapport à l’offre actuelle.

On sait par ailleurs qu’une équipe d’ingénieurs et de concepteurs Renault Trucks travaille sur un procédé de fabrication additive métallique qui permet d’accroître les performances des moteurs. Une technologie d’avenir qui devient aujourd’hui une réalité, des pièces complexes ayant été testées avec succès au cœur d’un moteur Euro-6. Autant de signaux qui confirment la montée en puissance du process d’impression 3D métallique.

1.    Plusieurs technologies mises en œuvre :

Établie sur l’idée d’additionner plutôt que de soustraire de la matière, la Fabrication Additive ou Impression 3D bouleverse les démarches de conception. L’industrie s’intéresse à la fabrication additive métallique, qui ouvre des perspectives quasi-infinies en terme de conception et développement de concepts innovants pouvant résoudre de nombreuses problématiques dans les secteurs automobile, aéronautique, bâtiment, militaire…

Les principales technologies d’impression 3D appliquée à la fabrication additive métallique sont les technologies :

  • SLM/SLS (Selective Laser Melting/Sintering) : Un laser ou un faisceau d’électrons vient fondre ou fritter une couche fine d’un matériau poudreux. Une seconde couche est ensuite déposée puis fondue/frittée.
  • LMD (Laser Metal Deposition) : Un laser vient fondre la surface métallique de la pièce sur laquelle est simultanément projeté un jet de poudre. Cette poudre fond et forme une couche qui fusionne avec le substrat. [1]

2.    De multiples applications :

La fabrication additive ne se limite à aucun domaine d’application a priori. De l’alimentaire aux pièces d’avions, en passant par des logements low-cost, le principe ne connait d’obstacle à son déploiement. Concernant la déclinaison métallique, trouvant sa place dans les domaines de prédilection de l’industrie mécanique, la technologie peut intervenir à plusieurs stades cruciaux de l’industrie :

  • En pré-production : le premier usage industriel de la fabrication additive visait le prototypage réduisant les coûts et les délais de réalisation (prototypage rapide).
  • En production : avec possibilité de réaliser des formes très complexes, l’usage de matériaux variés et des combinaisons infinies possibles et la réduction des besoins d’assemblage.
  • Post-production : pièce de rechange. Il est possible de citer l’exemple de la marine américaine qui tente d’acquérir la maîtrise de la technologie en vue de résoudre des avaries de matériel en plein océan. [2]

3.    Des perspectives infinies ?

Issue de la maîtrise accrue des technologies d’impression 3D, les moyens se multiplient pour faire progresser la technologie et l’implantation à tous les stades industriels. PLATINIUM3D est une plateforme technologique et scientifique dédiée à l’obtention de pièces métalliques par les procédés de fabrication additive. L’ouverture de cette plateforme à tous (entreprises, laboratoires publics et privés, centres techniques, organismes de formation…) permet un transfert rapide des compétences. Cette plateforme est équipée d’importants moyens de recherche et développement, cet outil d’excellence accompagne ses clients dans l’industrialisation des procédés de fabrication additive notamment dans les domaines clés de l’outillage, des pièces d’usure et de grandes dimensions. [3]

Par ailleurs, l’institut Carnot M.I.N.E.S. a fédéré les acteurs « matériaux » des différentes Écoles des Mines et Armines pour créer un pôle de compétences et d’expertises tout à fait unique. Ses objectifs sont de développer et améliorer rapidement les produits avec un recours à la technologie de fabrication additive. De la structure des matériaux à l’optimisation des procédés, les spécialistes allient leurs savoir-faire pour relever les défis sans cesse diversifiés de la fabrication additive.[4]

Les études disponibles concernant le futur de la fabrication additive sont nombreuses. Pour 2020, les projections vont de 16 milliards de dollars (Context World) à 41 milliards (ARK Invest). En cumulant ces rapports, Deloitte a établi un consensus à 20,5 milliards de dollars pour 2020. Une évolution significative est liée à la fabrication additive personnelle. [5]

Le projet SOFIA, pour “Solutions pour la Fabrication Industrielle Additive métallique”, est un tout nouveau programme de recherche français initié par la joint-venture Fives Michelin Additive Solutions, qui vise à développer toute la chaîne de production : de l’élaboration des poudres de métal, en passant par les équipements et les procédés d’impression. La durée prévisionnelle du projet devrait s’étaler sur six ans et pourra compter sur plusieurs acteurs industriels de renom : Safran, Aubert & Duval, ESI Group, FUSIA, Michelin, VOLUM-E mais aussi Zodiac Aerospace. Des organismes de recherche et de formation viendront également se greffer sur le projet comme le CNRS, Centrale Nantes, Centrale Supelec, l’Ecole Polytechnique, l’ENS Paris-Saclay, l’Université Paris Diderot, l’Université Paris-Sud et enfin l’Université Pierre et Marie Curie. [6]

Les défis technologiques qui restent à soulever avec cette technologie en rupture sont clairement identifiés pour son introduction comme outil de production de masse :

  • Progresser sur l’optimisation topologique ;
  • Caractériser les performances mécaniques des pièces ainsi obtenues ;
  • Développer les post-traitements ;
  • Le contrôle des pièces.

Dans ce contexte où les moyens d’investigations se multiplient et l’opportunité offerte par la technologie d’impression 3D n’est plus à prouver, les efforts de recherche devraient s’orienter autour de ces problématiques. La rupture technologique pourrait aboutir à de nouvelles compétences révolutionnant les approches de conception et permettre de lever des verrous introduits dès la réalisation des pièces.


RÉFÉRENCES :

[1] Fabrication Additive Métallique Technologies et Opportunités, Etude financée par Normandie AeroEspace, INSA Rouen, 2015.

[2] http://www.3dnatives.com/aed-impression-3d-03022017/

[3] http://www.platinium3d.com/fr/

[4] http://www.carnot-mines.eu/en/fabrication-additive%C2%A0-un-p%C3%B4le-de-comp%C3%A9tences-unique-en-france

[5] http://www.3dnatives.com/deloitte-impression-3d-02012017/

[6] http://www.3dnatives.com/sofia-fabrication-additive-29112016/