Fabrication additive : nouvelles mentalités en ingénierie

2021/09/21 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

La fabrication additive part de la conception 3D et construit des pièces sans aucun moule. Avec des matériaux de plus en plus étonnants. De cette façon, l'impression 3D a rompu avec les conceptions et pièces rigides habituelles d'ingénierie et a apporté de nouvelles mentalités aux productions industrielles. Les experts parlent de la totale liberté de conception, et les chercheurs de BRTA ont souligné que l'ingénierie est peu à peu implantée.

Pièce en titane réalisée à Lortek. Ed. Lortek

« Au-delà des conceptions que nous considérons habituelles en ingénierie, la fabrication additive permet de créer facilement des pièces aux motifs plus organiques inspirés par les arbres ou les feuilles. Nous appelons des pièces bioniques. Vous pouvez créer presque n'importe quelle conception complexe. L’industrie traditionnelle n’est pas habituée à les concevoir, mais elle devra les intégrer dans sa pensée », affirme María San Sebastián Ormazabal. Lortek est chercheur au centre technologique et collabore avec les autres centres de BRTA pour la recherche et l'implantation industrielle de la fabrication additive.

C'est une fabrication avec une grande liberté de conception. La pièce provient d'un simple design numérique. Les imprimantes 3D en polymères sont l'exemple le plus simple de fabrication additive. Mais dans l’industrie, en plus des polymères, on utilise n’importe quel type de matière comme matière première : métaux, matériaux céramiques, aussi bien durs que mous, poreux, comestibles…

Maria San Sebastian Ormazabal, chercheuse à Lortek

« La fabrication additive a l’avantage d’utiliser beaucoup mieux la matière première », explique San Sebastián. « Dans la fabrication conventionnelle, par soustraction, le matériau est extrait à la pièce jusqu’à ce que le matériau soit retiré et que la géométrie souhaitée soit obtenue. Dans la fabrication additive, cependant, c'est l'inverse: le matériau est ajouté uniquement là où la pièce a besoin. Par conséquent, presque 100% de la matière première est utilisée. En outre, le tournage, le fraisage, le forgeage, le laminage, etc. ne sont pas nécessaires, le processus de fabrication est simplifié et beaucoup moins d'énergie est consommée. En un sens, c’est un pas vers l’économie circulaire », estime Nerea Ordás Mur, chercheuse au centre Ceit, membre de BRTA.

« Jusqu’au début de l’implantation de la fabrication additive, il y avait des pièces de géométrie très complexe qui ne pouvaient être fabriquées avec des technologies conventionnelles. Par exemple, ceux qui avaient des canaux internes. Il fallait faire fondre, percer, puis souder pour ajouter les pièces, percer pour faire un autre canal... C'étaient des opérations très complexes et coûteuses. Ils sont maintenant beaucoup plus rapides », explique Ordás.

Matériaux à la carte

Nerea Ordas Mur, chercheuse chez Ceit Ed. Ceit

La fabrication additive a déjà été implantée dans l'industrie. Il est entré avec force surtout dans l'aéronautique et l'automobile. « L’un des grands défis pour l’avenir est de pouvoir produire des centaines de milliers d’unités en série. Et d'autre part, l'augmentation des dimensions des pièces fabriquées, qui est actuellement limitée par la taille des équipements. Mais il y a aussi des défis intéressants dans les matériaux. La fabrication additive peut fabriquer de nouveaux matériaux qui ne peuvent pas être fabriqués de manière conventionnelle. Cette technologie utilise principalement deux types de matières premières: la poussière et le fil. Dans le cas de poudres métalliques, beaucoup de matériaux spécifiques sont conçus pour ce type de fabrication. Parfois, les matériaux traditionnels ne sont pas les mieux adaptés à ce processus et doivent être adaptés pour de meilleurs avantages et propriétés », explique Ordás.

« Quoi qu’il en soit, je pense qu’il y a un défi plus social : l’éducation », a ajouté San Sebastián. « C’est à dire, il faut introduire cette technologie dans la pensée des gens qui pensent à de nouvelles pièces, pour qu’ils commencent à penser comment ils conceptualiseront les pièces innovantes ».

Alors que la nouvelle technologie a commencé à s'implanter dans l'industrie, il est nécessaire de soutenir la recherche. « Chez Ceit, par exemple, nous travaillons beaucoup sur la conception et la création de matériaux. Étant notre tradition sidérurgique et machine-outil, nous concevons principalement des matériaux métalliques : aciers, alliages d'aluminium, alliages de nickel… Mais nous travaillons aussi sur des céramiques comme des céramiques techniques aux propriétés très spéciales. Les centres de recherche de BRTA, conjointement, nous pouvons développer toute la chaîne de valeur de la fabrication additive, de la conception et de la fabrication de poudres au développement de traitements de pièces finales », déclare Ordás.

Cinq appareils habiles formés par différents matériaux et technologies. De droite à gauche : dispositif original en aluminium usiné ; premier design topologique d'impression 3D en plastique pour un dispositif plus léger ; dessins adaptés à la fabrication additive de métaux en aluminium, acier et bronze en acier. Ed. Ceit

« Dans le post-traité, nous avons aussi beaucoup d’activité. Ces pièces qui sortent de l'imprimante, dans la plupart des cas, ne sont pas prêtes à les installer directement dans la voiture ou n'importe où. Nous travaillons sur le développement de traitements post-impression plus adaptés comme traitements thermiques. »

Ils se sont spécialisés dans les différents processus d'impression de Lortek. « Nous avons plusieurs technologies à imprimer », explique San Sebastián. « D’une part, la fabrication basée sur un lit de poussière sédimenté, où la matière première est poudre métallique et la couche à couche fait que la couche laser n’intègre que la zone préalablement définie ; et d’autre part, les processus d’implantation directe, où la matière première, sous forme de poudre ou de fil, est déposée sur une base jusqu’à obtenir la pièce 3D. »

Collaboration, point fort

Les centres BRTA soutiennent les entreprises lorsqu'elles décident de mettre en œuvre ces technologies et optimisent les paramètres d'impression. Pour les deux chercheurs, l'un des points forts du BRTA est que pratiquement tous les centres étudient les technologies et les processus de fabrication additive. « D’autre part, il existe une grande connaissance en machine-outil, programmation et éléments auxiliaires des robots. En bref, le travail d'ajouter et de fondre le matériau doit être effectué par un robot de manière synchronisée. C'est-à-dire, c'est aussi fabrication intelligente. Notre connaissance en Euskal Herria nous donne beaucoup de force», affirme saint Sébastien. La fabrication additive fournira de nouvelles poignées à l'ingénierie.