Couv - L`information spécialisée de la Fabrication Additive

Fabrication additive / Impression 3D / Prototypage rapide / Développement produit
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FORMATION
Les nouveaux défis
Quels diplômes ?
MATÉRIAU
Chiffres, descriptif
et standardisation
PROJET R&D
IMPRESSION 3D
QUELLES SOLUTIONS POUR LES ENTREPRISES ?
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N°1 Janv.-Fevr. 2016 Gratuit
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Le projet MOSAIQUE
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additive
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Rédacteur en chef
Gaëtan Lefèvre [email protected]
Tél. : 06 67 09 01 76
Rédaction
Philippe Bauer, Alain Bernard, Florian Berthelot,
Gaëtan Lefèvre, Giorgio Magistrelli,
Anne-Françoise Obaton, Marc Thomas
Correctrice
Mélanie Le Neillon [email protected]
Tél. : 05 65 35 51 59
Direction artistique
Melissa Chalot [email protected]
Tél. : 06 78 20 89 38
Fabrication
Imprimerie ETC-INN 82, rue de Michel-Ange 75016 Paris
Tél. : 01 47 43 76 76 Dépôt légal à parution
Conception web
8D Concept - Gautier Mouhat
Tél. : 06 60 56 57 88
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technologiques
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d’exposition
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Couv. : 3D Systems - 5 : 3D System, F.Hrehorowski/Open Edge - 12 : MakerBot 14 : MakerBot - 15 : Multistation - 16 : 3D Systems - 18 : Thales Alenia Space 19 : 3T RPD Ltd/The Saving Project/EOS - Thales Air Systems - 20-21 : Philippe
Bauer - 22 : Sculpteo - 23 : Olivier Jay - 3A/Christian Lavigne - 24 : Richard Allard 25 : VOLUM-e - 26-27 : Multistation - 29 : Stratasys - Autodesk Within/EOS 30 : Stratasys - 31 : HP - 32 : 3D Micro Print/EOS - 35 : F3DF - 36 : Volumic F3DF - 37 : F3DF - 39 : CCI Grand Lille, by courtesy of SIRRIS - 40-41 : by
courtesy of SIRRIS - 42 : Bpifrance, 3D Systems - 44 : MEDEF, BigRep 45 : BigRep - 46-47 : Arburg - 49 : 3DXIndustries - 50 : EOS - 52 : ONERA 53-54 : Arts et Métiers Paris tech
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ÉDITO
Une nouvelle
révolution industrielle ?
Fabriquez une maquette à faible coût dans vos bureaux. Modifiez votre
produit devant votre client. Réparez ou changez une pièce tombée en
panne en quelques minutes. Modifiez l’aspect et la couleur de votre
création en quelques clics. Rectifiez une erreur de fabrication. Produisez
un prototype avec de nouvelles fonctionnalités. Fabriquez en petite série
vos pièces à géométries complexes. Tout cela n’a jamais été aussi simple.
Conception, fabrication et traitement sont aujourd’hui recentrés grâce à
l’impression 3D et la fabrication additive. Reprenez en main l’intégralité
de votre production.
Vivons-nous une nouvelle révolution industrielle ? La fabrication additive
nous conduit à nous poser la question. Industriels, patrons d’entreprises,
ingénieurs, designers, producteurs et réalisateurs de films, particuliers,
vous et moi, tout le monde a maintenant accès à cette nouvelle
technologie. La réduction de la taille des machines, l’amélioration de
la vitesse d’impression, la multiplicité des têtes d’impression, la baisse
des coûts d’achat et la diversification des matériaux de fabrication
ont démocratisé et augmenté la rentabilité de cette technologie. De
nouvelles perspectives s’offrent aux industriels et aux entrepreneurs, aux
PME comme aux grandes entreprises. Si les bénéfices de cette technologie
peuvent, pour certains, rester flous, son efficacité n’est plus à démontrer.
La fabrication additive est-elle rentable pour mon entreprise ? Comment
l’intégrer à ma chaîne de production ? Quels matériaux s’adapteraient
le mieux à mes besoins ? Quelles seront les formations de demain ? Etc.
De nombreuses interrogations qui donnent la raison d’être à A3DM
Magazine. Dans ce premier numéro, nous abordons des questions primaires
que suscitent la fabrication additive et l’impression 3D : les solutions qui
s’offrent aux entreprises pour l’intégrer, les interrogations relatives à la
formation ou aux méthodes de contrôles...…Ce choix est le nôtre comme
point d’entrée dans cette technologie, même si celui-ci aurait pu être
différent. Au fil des numéros, A3DM Magazine proposera des thèmes
pédagogiques pointus, suivra les évolutions des technologies, tentera de
répondre aux questions des acteurs, analysera les transformations par
secteurs ou par pays et, enfin, ouvrira ses colonnes aux experts.
Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
Mesure
32 Contrôles et mesures, un nouvel enjeu
pour la fabrication additive
Avant qu’une technologie ne soit adaptée
et intégrée, des mesures et des contrôles
de qualité sont nécessaires. Identification
des besoins et des méthodes.
08 Retrouvez les dernières news du secteur
de la fabrication additive.
Test
Dossier
12 Fabrication additive, quelles solutions
pour les entreprises ?
De plus en plus d’entreprises sont amenées
à utiliser la fabrication additive. Différentes
solutions d’utilisation de cette technologie
s’offrent à eux : intégration, sous-traitance…
Voici un panorama des offres pour les entreprises.
Formation
35 Test de l’imprimante 3D Stream 20 Pro
de Volumic 3D
Dédiées aux PME, TPE, artisans, bureaux
d’études, sociétés de prototypage, écoles
et particuliers, la « Stream Pro 20 » est une
imprimante 3D multi-matériaux polyvalente
et compétitive face aux géants étrangers.
Rencontre
38 La fabrication additive en France,
faut-il prendre le virage ?
Dominique Boudin de la Chambre de commerce
et d’industrie, Emilie Garcia de Bpifrance et Pascal
Seguin, Philippe Heinrich ainsi que François Parry
du Medef ont répondu à A3DM Magazine sur le
passage à la fabrication additive.
18 Les nouveaux défis des concepteurs
en mécanique
Projet R&D
Les nouvelles technologies sont les moteurs
de notre monde. Face à ces évolutions,
les hommes et les structures des entreprises
doivent s’adapter. Au risque de rater le virage…
22 Des formations adaptées
pour tous les acteurs
Les enjeux de la fabrication additive sont
de diffuser de nouveaux savoirs, de fournir
de nouveaux outils, d’aider à penser autrement.
Matériau
26 Les matériaux, chiffres, descriptif
et standardisation
La qualité et le développement des matériaux
représentent un aspect clé de la chaîne de valeur
de la fabrication additive. Différents matériaux
sont associés à divers procédés de production.
Une grande famille qui ne cesse de s’accroître.
46 La Commission européenne, un soutien
de poids
Les gouvernements nationaux et la Commission
européenne soutiennent le développement
de la fabrication additive. Ils ont notamment
alloué des dépenses croissantes à l’évolution
et l’expansion de cette technologie.
52 Le projet MOSAÏQUE, deux nouveaux
matériaux en vue pour l’aéronautique
Le projet Mosaïque de l’Onera avait pour objectif
d’explorer de nouveaux matériaux. Ce défi,
le consortium l’a relevé en sélectionnant
un matériau intermétallique à base de titane
et un super alliage à base de nickel.
SOMMAIRE
News
NEWS
MACHINES
Un procédé de fabrication additive
pour la biocéramique
ET MATÉRIAUX
La société Multistation a lancé Biocerawax®,
un nouveau procédé de fabrication additive
pour la biocéramique : l’alumine, la zircone, les
phosphates de calcium (CAP), etc. Développée
par l’École des Mines de Saint-Étienne, en
France, (l’EMSE), cette technologie permet
de produire des architectures complexes, sans
résidu toxique.
Regardez
la vidéo sur You Tube
MetalFab1, le premier système d’impression
3D industrielle de métal
La société Additive Industries a présenté, sur le salon Formnext à
Francfort, le premier système global d’impression 3D industrielle de
métal. La MetalFab1 fonctionne avec la technologie de fusion de poudres
métalliques. Elle possède une plateforme de dimension 420 x 420 x
400 mm et plusieurs chambres de production. Elle dispose également
d’un large éventail de nouvelles fonctionnalités comme la plaque de
construction entièrement automatisée, plusieurs lasers, un traitement
thermique automatisé et un système de manutention de la plateforme
intégrée. Des modules peuvent être ajoutés pour permettre l’utilisation
de plusieurs matériaux sans avoir à nettoyer le système de poudre et
courir le risque de contamination croisée. Un robot relie toutes les étapes
du procédé et permet une manipulation entièrement automatisée de
deux nouvelles plaques de construction.
Additive Industries promet avec cette machine « une plus grande
reproductibilité, une meilleure productivité et plus de flexibilité ».
L’ imprimante 3D industrielle Ricoh
La société Ricoh, spécialisée dans l’impression 2D,
les photocopieurs et les imprimantes lasers couleurs,
a annoncé lancer sa première imprimante 3D
industrielle, la RICOH AM S5500P. Cette machine
exploite le procédé de fabrication additive par frittage
sélectif laser (SLS). Elle utilisera des matériaux de
poudres de polymère comme le polyamide-nylon PA
11 et le PA 12, mais aussi le PA 6 et le polypropylène.
Grâce à sa grande plateforme, elle a la capacité de
concevoir des pièces de 550 mm (L) x 550 mm (P) x
500 mm (H).
Séminaire et réunion d’utilisateurs
Les 15 et 16 mars 2016, à Paris, la société Granta Design organise des rencontres
d’utilisateurs et des séminaires. Cet événement ouvert à tous portera sur les
outils pour la gestion, l’exploitation et l’intégration des données matériaux
pour les travaux de R&D. Airbus Defense and Space, Airbus Helicopters, le
CEA, MBDA Systems, PSA, Radiall y ont partagé leurs expériences lors des
précédentes rencontres.
Si les matériaux et leurs propriétés vous intéressent, si vous travaillez en R&D,
pour la simulation, dans une équipe ou un laboratoire matériau, ne passez pas
à côté de ces rencontres.
Plus d’informations sur le site :
http://www.grantadesign.com/FR/.
8
A3DM magazine
n°1
NEWS
Nouveau matériau titane-zircone de Z3DLAB
La start-up française Z3DLAB, créée en janvier 2014 et spécialisée
dans la fabrication additive métal, vient de valider un brevet pour le
développement d’un nouveau composé titane-zircone : ZTi-Powder®.
Ce nouveau matériau allie la dureté de la zircone et la malléabilité du
titane. Il est 100 % inerte, 50 % plus robuste que le titane et résiste à des
températures de plus de 1 000 °C, tout en étant d’une grande légèreté. Le
ZTi-Powder® devrait ouvrir de nouvelles perspectives pour la technologie
SLM.
Le projet d’imprimante 3D Canon
La fabrication additive intégrée à l’usine de demain
Après avoir distribué les machines de la société 3D
Systems, l’entreprise Canon a décidé de lancer sa
propre imprimante 3D. Cette première machine,
en cours de développement, sera intégralement
fabriquée en interne. Elle utilisera des matériaux
à base de résines pour la production de prototypes
et de pièces finies en petite série. Un logiciel 3D
collaboratif sera intégré à l’imprimante 3D.
Concept Laser a présenté, au salon Formnext, un nouveau concept
de machine intégrée, nommé « AM usine de demain » (AM Factory
of Tomorrow). Cette dernière propose une nouvelle architecture
de production pour un niveau d’industrialisation plus performant,
notamment en termes de qualité et de flexibilité. Cette architecture
intègre la fabrication additive dans l’environnement de production
générale. Une approche nouvelle dans la conception d’usinage,
mais assez logique dans le processus d’avancement de l’utilisation
de ces nouvelles technologies. La société Concept Laser a annoncé
le lancement de cette « usine de demain » à la fin de l’année 2016.
Regardez la vidéo
(en anglais).
Nouvelle gamme industrielle Prodways
Prodways, récente filiale du groupe Gorgé, a
développé une nouvelle gamme d’imprimantes
3D par frittage sélectif laser (SLS). Développée
avec la société chinoise Hunan Farsoon Tech
Ltd, la gamme ProMaker P s’appuie sur celles
actuelles de Farsoon. L’ensemble de cette
gamme possède une plateforme ouverte à
toute matière. Le prix de ces imprimantes 3D
est compris entre 200 000 € et 450 000 €. Elles
seront commercialisées dans les prochains
mois, dans le monde entier, avec des matières
associées.
De nouveaux matériaux en poudre métallique, BLDRmetal
3DX Industries Inc., spécialisée dans la fabrication de précision, et NanoSteel,
spécialisée dans la conception et la commercialisation d’aciers brevetés, ont
annoncé le lancement de deux nouvelles poudres métalliques permettant
de fournir des résultats plus solides et plus durables que les autres métaux,
les BLDRmetal™ J-10 et J-11.
Nouveau matériau de support soluble SUP706
Stratasys lance SUP706, son nouveau matériau de support soluble.
Conçu pour les pièces PolyJet, le SUP706 est le premier support
multifonction créé pour réduire le temps et la main-d’œuvre
nécessaires pour nettoyer les modèles imprimés 3D.
A3DM magazine
n°1 9
NEWS
RECHERCHE
ET INNOVATIONS
Materialise imprime pour Airbus
La société Materialise produit désormais des
pièces plastiques destinées à l‘Airbus A350
XWB. L’usine de l’entreprise d’impression 3D a
obtenu les certifications EN9100 et EASA 21G,
permettant la fabrication de pièces de série
pour le secteur aéronautique.
L‘avion A350 XWB appartient à une nouvelle
génération dont la conception a été basée sur
l’objectif de réduire de 25 % la consommation
de kérosène, tout en offrant aux passagers des
standards de confort très élevés. L’optimisation
topologique, l’intégration fonctionnelle et la
fabrication additive permettront d’atteindre
ces objectifs.
L’automobile roule avec l’impression 3D
De plus en plus, le secteur de l’automobile cherche à intégrer la
fabrication additive. L’entreprise Local Motors a annoncé au SEMA
Show de Las Vegas, la commercialisation de la première voiture
imprimée en 3D, la LM3D Swim. La marque Audi a démontrer son
savoir-faire via son entité d’outillage Audi Toolmaking en réalisant
une réplique fonctionnelle de l’Auto Union Type C (photo ci-dessus).
Pour réaliser cette voiture, elle a utilisé l’impression 3D par frittage
sélectif laser (SLS) de poudre métallique. Chez Opel, la fabrication
additive est déjà une réalité. La société qui travaille notamment sur
des machines Stratasys imprime des outils de montage en plastique
qui sont utilisés dans les usines Opel partout en Europe. Peugeot
développe, quant à lui, un « concept car », une coupée électrique
urbaine, équipée de la technologie Peugeot i-Cokpit® permettant
de créer une identité sonore intérieure au véhicule. 80 % des pièces
de surface de l’habitacle de cette Peugeot Fractal permettant de
guider le son comme dans un auditorium, sont de fabrication
additive (photo ci-dessous).
De nouveaux habitacles pour Airbus
La société Airbus, premier constructeur aéronautique
au monde, travaille actuellement sur une cloison
pour l’Airbus A320 imprimée en 3D. Il s’agit du plus
grand composant de cabine d’avion conçu avec
cette technologie. Cette cloison, partie de la cabine
du galley, sert aussi de support au strapontin du
personnel navigant.
En alliant une structure solide à une forme microlattice légère, Airbus souhaite produire une cloison
45 % plus légère que les modèles actuels, soit à peu
près 30 kg en moins. Selon l’annonce du constructeur,
ce gain de poids devrait permettre d’émettre
465 000 tonnes métriques de CO2 en moins par an.
Cette cloison est fabriquée à base de Scalmalloy®, un
alliage d’aluminium, de magnésium et de scandium
mis au point par la filiale d’Airbus spécialisée dans
la fabrication additive et les matériaux de pointe,
Apworks.
Plus d’informations
sur la pièce et le matériau
sur le site d’Apworks.
10
A3DM magazine
n°1
NEWS
La région d’Auvergne
aide Michelin et Fives
Prodways lance sa division aéronautique et spatiale
Le groupe Prodways a annoncé la création d’une division dédiée à l’aéronautique
et au spatial, proposant une offre complète en fabrication additive pour ces deux
secteurs : de la conception d’outillages à la fabrication de pièces finies plastiques et
métalliques, en passant par le développement de machines et matières sur l’ensemble
des technologies d’impression 3D. Cette nouvelle division sera basée à Toulouse, au
sein des locaux du groupe ECA.
L’ensemble du groupe Gorgé y apportera son expertise. La division aerospace du
groupe ECA possède plus de 30 ans d’expérience en outillages de production,
de contrôle et de maintenance dans ces secteurs. La filiale Initial jouit de 20 ans
d’expérience de production de pièces plastiques et métalliques en fabrication additive
dans l’aéronautique et le spatial. Enfin, Prodways est lui-même un acteur de premier
plan de développement de machines et de matières de fabrication additive.
Le conseil régional d’Auvergne a
signé un chèque de 6,3 millions
d’euros en faveur de la future filière de fabrication additive métal
en Auvergne. Une partie de cet
argent sera investie dans la nouvelle société Fives Michelin Additive Solutions (FMAS), conceptrice
d’imprimantes 3D industrielles.
Cette dernière, créée en septembre 2015, est une filiale commune de l’ingénieriste Fives et du
fabricant de pneumatiques Michelin, détenue à 50/50. Elle sera
constituée d’un apport financier
d’au moins 25 millions d’euros au
cours des trois premières années.
Le drone le plus rapide
Aurora Flight Sciences, une société d’aéronautique basée en Virginie
et spécialisée dans les systèmes de véhicule aérien sans pilote (UAV =
unmanned aerial vehicle), s’est associée à Stratasys pour concevoir le
drone le plus grand et le plus rapide.
Proto Labs acquiert
Alphaform AG
Le 13 octobre 2015, la société Proto Labs a
annoncé l’acquisition de certains actifs et
opérations du fabricant allemand Alphaform
AG, s’étendant ainsi sur le marché Européen.
Elle jouira ainsi d’une présence accrue en
Allemagne, un marché important pour le
prototypage rapide, et y développera les
techniques de frittage sélectif par laser (SLS),
de frittage laser direct du métal (DMSL) et de
stéréolithographie (SLA).
Composé à 80 % de pièces imprimées en 3D, ce drone possède une
envergure de 3 mètres (9 pieds) et pèse 15 kg (33 livres). Il peut atteindre
une vitesse de croisière de plus de 240 km/h (150 mph). Pour concevoir
ce drone, Aurora Flight Sciences a utilisé l’impression 3D par dépôt de
matière fondue (FDM) pour une grande part des éléments structurels du
véhicule, produite en résine thermoplastique, ULTEM™ 9085. L’équipe de
production a ainsi diminué son temps de conception de 50 % et produit
une structure creuse entièrement fermée et de faible densité. L’entreprise
a également utilisé le frittage sélectif laser (SLS) pour concevoir le
réservoir de carburant en nylon.
Regardez la vidéo de démonstration
(en anglais) sur You Tube.
A3DM magazine
n°1 11
DOSSIER
FABRICATION ADDITIVE
QUELLES SOLUTIONS
POUR LES ENTREPRISES ?
Souvent annoncée comme une des technologies de demain,
la fabrication additive est, en réalité, déjà bien ancrée
dans notre présent. Différentes solutions s’offrent aux
entreprises souhaitant l’approcher, l’essayer et l’intégrer.
Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
L
a fabrication additive est une technologie adaptée à tous les secteurs d’activités industrielles : automobile, aéronautique, médical, dentaire, outillage, etc.
Elle permet une production rapide et souple de pièces à partir de données
CAO 3D. Elle permet d’accélérer le développement d’un produit, d’offrir une plus
grande liberté de conception puisqu’elle n’est pas limitée en terme de complexité de
formes, d’optimiser les structures de pièces et d’intégrer de nouvelles fonctions. Elle
ne révolutionne pas seulement le mode de fabrication mais également les schémas
économiques et même sociaux. Les entreprises souhaitant l’intégrer doivent repenser
en partie leur stratégie industrielle afin d’être en mesure de profiter pleinement des
avantages de cette technologie. La fabrication additive représente, généralement, un
investissement matériel certain (logiciels, machines de production et de tests) mais
aussi humain (définition de la stratégie, mise en place de formations). Plusieurs solutions s’offrent aux entreprises pour répondre à leurs besoins.
12
A3DM magazine
n°1
DOSSIER
La réflexion doit être menée au cas par cas selon le domaine d’application et les secteurs
d’activité : prototypage, outillage, production…, et en fonction des critères dimensionnants : taille, matériau, quantité à produire, etc.
De la stéréolithographie à la fusion laser, en passant par la projection de poudres,
les procédés de fabrication additive sont déjà nombreux. Cette technologie suscite
l’intérêt de nombreux industriels. Elle est très différente des autres méthodes de fabrication. À tel point que les entreprises ne peuvent pas, et ne doivent pas, l’utiliser pour
substituer une autre méthode. Son intégration nécessite une réflexion plus globale :
conception de la pièce, choix du procédé de fabrication et des matériaux, normalisation, etc. Les fabricants et les sous-traitants offrent aux entreprises un accompagnement permettant une bonne appréhension des différentes technologies. Cet article a
pour objectif de lister les offres disponibles. Cependant, se renseigner de manière plus
précise auprès des fournisseurs reste un élément clé dans l’identification et le choix
d’une stratégie.
Intégration de la technologie
L’intégration de la fabrication additive en interne est une des solutions pour
s’approprier cette technologie. Plusieurs démarches sont possibles en fonction des
besoins et de l’investissement décidés. Une société peut facilement choisir d’équiper
son bureau d’études d’une imprimante 3D pour réaliser des pièces en polymère à des
coûts relativement faibles pour valider une forme ou un design. « Cette démarche,
les grandes sociétés l’ont plus ou moins effectuée pour leur besoins propres », nous
explique Georges Taillandier, président de l’Association française de prototypage
rapide (AFPR). Les secteurs de l’aéronautique ou de l’outillage ont bien intégré cette
technologie. Des sociétés automobiles comme Audi avec son entité Audi Toolmaking
ou Opel sont aussi de bons exemples.
Une démarche longue et couteuse
L’investissement financier pour intégrer cette technologie dépend principalement du
type de machines et de matériaux. Si les machines permettent aujourd’hui de produire des pièces en différents matériaux (polymères, métalliques…) et de différentes
tailles, la quantité des offres reste assez inégale en fonction des matériaux recherchés.
En effet, il existe des dizaines voir des centaines de fabricants pour les technologies de
filaments plastiques, ces derniers sont moins nombreux pour les machines utilisant des
matériaux métalliques ou céramiques.
Technologie
Matériau
Énergie
Dimensions
Prix
Exemple de machines
Lit de poudre
PA
Laser
340 x 340 x 620
230 K€
EOSINT P395
Lit de poudre
Métal
Laser
250 x 250 x 280
435 K€
Concept Laser M2
Lit de poudre
Métal
Laser
250 x 250 x 300
400 K€
Renishaw AM250
Lit de poudre
Métal
Laser
1500 K€
Concept Laser Xline 1000R
Lit de poudre
Métal
Faisceau électrons
200 x 200 x 350
625 K€
ARCAM A2
Projection de poudre
Métal
Laser
1500 x 900 x 900
995 K€
OPTOMEC LENS 850R
Projection de poudre
Métal
Laser
950 x 900 x 500
650 K€
BeAM
Dépôt de fil
Métal
Faisceau électrons
710 x 710 x 710
1400 K€
SCIAKY
Source : Wohlers Report 2013
A3DM magazine
n°1 13
DOSSIER
Les prix du tableau précédent nous indiquent les
ordres de grandeur pour le prix des machines parmi les plus remarquées en 2013. Depuis quelques
années, de nombreux brevets tombent dans le
domaine public, impactant directement le coût
des imprimantes. En 2009, la fin des brevets des
procédés FDM a entraîné une croissance forte
du marché de la fabrication additive. En 2014,
ce sont les brevets concernant la technologie par
fusion laser (SLS) qui sont parvenus à expiration
et, en 2017, ce seront ceux de la technologie EBM.
Malgré cela, les coûts des machines industrielles
restent élevés. Pour faire face à ces coûts, des plateformes communautaires se sont développées.
Des entreprises se regroupent ainsi pour partager
les dépenses nécessaires au passage à la fabrication additive et mettre en commun leurs savoirs.
consulting pour aider les clients à l’intégrer »,
explique André Surel. « Une partie pédagogique
accompagne la vente de cette technologie. Nous
travaillons, également, avec les clients pour les
aider à développer des nouvelles applications. Le
consulting est essentiel dans notre travail. »
L’intégration de cette technologie nécessite,
également, de susciter l’intérêt des utilisateurs,
notamment en les formant (voir l’article Des formations adaptées pour tous les acteurs, page 22).
Elle sera facilitée lorsque les étudiants et les professionnels seront formés par un cursus dédié, que
ce soit dans la conception, la fabrication ou même
le contrôle de qualité. Former en interne des
employés est une démarche longue et coûteuse.
Aujourd’hui, les industriels souhaitent donc voir
se développer des modules d’enseignements spécifiques intégrés dans les filières BTS, DUT, écoles
d’ingénieurs et cycles Licence-Master-Doctorat
(LMD) d’universités. Les diplômés deviendront
alors force de proposition dès leur embauche.
• les coûts de transport et le bilan carbone.
Internalisation de la R&D
et de la production
Si les démarches sont longues et complexes, l’intégration de la fabrication additive favorise la montée en compétences des entreprises impliquées et
permet ainsi aux acteurs intéressés de mener des
travaux de R&D sur les processus et les matériaux.
Réalisés en interne, ces travaux sont mieux protégés vis-à-vis de la concurrence. « Par exemple,
dans l’aéronautique, Safran est en train de rentrer plusieurs machines pour passer à la production de série. L’entreprise a besoin de maîtriser la
technologie pour plus de confidentialité », nous
expose André Surel, directeur d’EOS France. Cela
implique de modifier sa stratégie industrielle et
d’accompagner des changements dans plusieurs
secteurs de la société : la R&D, les achats, la production, la gestion prévisionnelle des emplois et
des compétences (GPEC).
Afin d’accompagner leurs clients, les fournisseurs
de machines telles qu’EOS Gmbh ne se limitent
plus à un simple rôle de fabricants et de vendeurs.
« L’offre est globale : machines, consommables,
formations, installation, logiciels ainsi que du
14
A3DM magazine
n°1
Une meilleure intégration de ces technologies
permet également de mieux maîtriser certains
impacts sur les coûts tels que :
• les coûts liés au développement de produits (le
prototypage est réalisé en interne sans outillage et la modification du prototype est possible en un temps très court) ;
• les coûts de post-processing ;
• les coûts liés au contrôle qualité grâce à l’installation de logiciels de contrôles dédiés ;
Des entreprises intègrent actuellement ces différents équipements dans le but de les tester, de caractériser la technologie et d’en étudier le retour
sur investissement.
Si la fabrication est intégrée, la technologie nécessaire à la finition des pièces n’est pas toujours
disponible en interne. Des pièces issues de la fabrication additive peuvent ainsi être envoyées à
des usineurs ou des spécialistes des traitements
de surfaces pour assurer leur finition. En réponses
à des exigences contraignantes, certaines de ces
entreprises utilisent des technologies de pointes
tel que le procédé d’ébavurage et de polissage
mécano-physico-chimique développé par MMP
Technology (BINC Industries à Saint-Priest). Cet
aspect doit également être intégré à la reflexion.
De nombreuses sociétés ont déjà intégré
des imprimantes 3D à leurs bureaux d’études.
DOSSIER
Dans le montage d’un projet, il est important de
prendre en compte la proximité géographique et
les capacités d’accompagnement. Le sous-traitant
doit pouvoir expliquer l’intérêt, ou non, de cette
technologie. « Il faut, aujourd’hui, impliquer les
clients dans la compréhension de ce nouveau procédé de production, afin qu’ils puissent l’intégrer
au plus vite dans leur projet. Nous les invitons à
venir voir comment cela se passe et à s’imprégner
de ce procédé », expose Stéphane Abed. Il est important que les discussions entre les acteurs aient
lieu en amont de la phase de développement, que
le client soit impliqué dans la production et que les
sous-traitants puissent être réactifs sur les projets.
Enfin, l’intégration de la fabrication additive en interne nécessite de
respecter certaines conditions d’installation : des normes électriques
ou environnementales, les règles définies par les CHSCT, etc. Ces
normes vont dépendre du type de machines, de matériaux utilisés et
de pièces produites. Face à ces exigences européennes d’installation
de machines, la certification DEKRA peut vous accompagner.
Sous-traiter la fabrication
L’obsolescence des machines dues au développement rapide de nouvelles technologies pose la question de l’investissement. L’intégration nécessite des ressources financières et humaines importantes.
Le coût des machines, le personnel formé, l’environnement sécurisé
sont autant de freins qu’il faut lever pour intégrer la fabrication
additive à son processus de production. Pour soutenir et accompagner les entreprises, des sociétés sous-traitantes comme Poly-Shape
ou Prismadd, ont développé leurs équipements, leur organisation et
leur personnel pour répondre à ces applications.
Un accompagnement
Avant même de mettre en place une démarche pour déployer la
fabrication additive, les donneurs d’ordres ont besoin d’informations sur les procédés et leurs applications (conception, finition,
contrôles). Si, les sous-traitants assistent les entreprises et les bureaux d’études dans la conception et la fabrication, ils proposent
également un accompagnement intellectuel dans la découverte
de cette technologie. « Nous avons intégré, chez nous, un bureau
d’études spécialisé dans la fabrication additive. La technologie
n’étant pas encore acquise par le client, nous avons une dizaine de
personnes disponibles pour assurer un haut niveau de co-ingénierie.
Nous avons aussi, en interne, un laboratoire de métallurgie permettant de réaliser des analyses poussées », explique Stéphane Abed,
président de la société Poly-Shape.
La fabrication additive est une technologie émergente. La vitesse
à laquelle se développent les procédés et les technologies limite le
renouvellement matériel pour une entreprise. Un des avantages de
la sous-traitance est d’avoir accès à un parc machine continuellement renouvelé. Aujourd’hui, par exemple, des entreprises comme
Poly-Shape investissent régulièrement dans de nouvelles machines.
Cette dernière en a intégré huit nouvelles cette année dont une à
quatre têtes lasers. Ces entreprises ont l’obligation de renouveler
régulièrement leur parc machines pour rester compétitives.
Un partenariat
Comment sélectionner votre sous-traitant ? Certains sous-traitants répondront mieux à la production de pièces métalliques alors que d’autres
le feront pour les pièces polymères. Certains usineurs se lancent aussi avec succès dans l’utilisation de ces technologies notamment pour la réalisation des ébauches. En fonction de vos besoins,
différents critères sont à prendre en compte. La
cadence d’impression est aussi un facteur important,
comme les dimensions des chambres des machines.
L’approche sera également différente si vous possédez ou non un bureau d’études. « Pour les PME qui
ne possèdent pas de bureau d’études en interne, il
leur faut absolument une entreprise capable de gérer la conception et la fabrication », nous explique
Philippe Rivière, président de Prismadd.
Si la sous-traitance est une solution intéressante
pour la production, elle permet aussi une phase
d’essai dans une démarche d’intégration. « Aujourd’hui, l’intérêt est d’utiliser les sociétés de service qui sont connues et reconnues. Certaines ont
des qualifications dans des domaines spécifiques :
automobile, aéronautique ou autres. Je conseillerais l’utilisation de ces sociétés avant d’intégrer
la fabrication soi-même », recommande Georges
Taillandier, président de l’AFPR. La fabrication
additive nécessite une nouvelle réflexion, une
nouvelle vision. Il n’y a « aucun sens à utiliser la
fabrication additive pour faire de l’existant ». Des
étapes d’apprentissage de cette technologie et de
prise en compte de ses applications sont nécessaires pour son utilisation.
« Les différents experts interrogés s’accordent
à dire que l’offre de sous-traitance sur la partie
polymères est déjà suffisamment étoffée. L’offre
pour la partie métallique est moins développée »,
avance l’étude L’impression 3D - État des lieux et
perspectives réalisée par la DIRECCTE, en partenariat avec la CCI Centre et le fablab d’Orléans,
datée de décembre 2014.
A3DM magazine
n°1 15
DOSSIER
Conclusion
La stratégie de déploiement à adopter dépend du
besoin : valider un design, concevoir un prototype,
une production en petite série… et du moment
choisit pour utiliser ces technologies : en phase de
test ou de production, par exemple ; mais aussi du
type et du nombre de machines souhaitées ou nécessaires. Aujourd’hui, la fabrication additive n’est
pas connue pour être adaptée à la production de
volumes importants. Pourtant certains grands industriels annoncent le contraire et commencent
à communiquer sur leurs expériences restées un
temps confidentiel. Elle n’est pas non plus réputée capable de fabriquer des pièces mécaniques de
grande taille. Pourtant Thales Alénia Space et Polyshape ont étudié et produit ensemble une pièce
en aluminium d’une taille déjà imposante (plus de
600 mm). Le domaine des possibles s’étend rapidement, les frontières tombent.
La normalisation favorisera le déploiement futur de
ces technologies. Nous savons fabriquer les pièces
mais pas forcément les garantir dans le temps, ni certifier leur fiabilité. Il existe toutefois des contrôles et
des méthodes qui garantissent la qualité des pièces
au fil de la production (voir l’article Contrôle et
mesure, un enjeu pour la fabrication additive, page
32). Des normes commencent à exister. Pour se renseigner sur ces dernières, les entrepreneurs peuvent
se tourner vers l’Union nationale pour la normalisation (UNN). L’UNN 920 a en charge la fabrication
additive, pour la France, l’AFPM F42 et l’ISO 261
pour les États-Unis. A3DM Magazine traitera de la
normalisation dans de prochains numéros.
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A3DM magazine
n°1
DE NOUVELLES SOCIÉTÉS DE SERVICE
Avec l’émergence de cette nouvelle technologie, se développent
de nouveaux services basés sur des modèles économiques et sociaux innovants. Par exemple, des plateformes en ligne mettent en
contact des professionnels, par processus de géolocatisation, pour
réaliser des impressions 3D. Ces nouveaux services accélèrent le déploiement de cette technologie. « En 2013, nous avons commencé
à connecter des imprimantes 3D à l’échelle mondiale sur une plateforme en ligne afin de les rendre plus accessibles au niveau local »,
nous explique Simon Martin, responsable des relations publiques
chez 3D Hubs. Que vous soyez un concepteur de produits à la recherche d’une gamme de matériaux pour un prototype ou un auto
entrepreneur à la recherche d’une solution de fabrication additive
parmi les différents procédés, ces plateformes peuvent répondre à
vos besoins. Malheureusement, il est encore difficile, voire impossible, d’être accompagné dans la démarche de conception.
Des sociétés comme Fairphone ont su profiter de ces nouveaux services pour créer et développer leur offre. Cette dernière a lancé
une gamme d’accessoires de smartphones imprimés sur demande
avec un matériau rassemblant des fibres de bois recyclées et du
bioplastique PLA. Les clients ont uniquement besoin de procéder à
l’achat sur la boutique en ligne pour se faire livrer l’accessoire ou
aller le récupérer directement sur le site de production. Ce procédé
de fabrication permet à la société de supprimer des transports ou
une surproduction inutile.
« Nos clients vont de simples curieux souhaitant essayer l’impression 3D pour la première fois à ceux utilisant la technologie depuis
des décennies et ayant de nouveaux désirs », explique Simon Martin. Ces nouveaux services basés sur des offres innovantes aident à
développer la technologie et à la démocratiser.
FORMATION
pièce métallique slm titane
Florent Lebrun
Thales Alenia Space
Toulouse
FABRICATION ADDITIVE
LES NOUVEAUX DÉFIS DES CONCEPTEURS
EN MÉCANIQUE
L’optimisation topologique, la fabrication additive sur lit de poudre
et la modélisation par formes libres sont trois technologies restées longtemps
discrètes et qui s’associent, depuis peu, de manière élégante. Les bureaux d’études
ont compris qu’il fallait, dès aujourd’hui, profiter de ces technologies pour produire
des idées, des données et des pièces. Cette transformation surprend parfois
les hommes et les structures d’entreprises qui ne sont pas encore prêts
à se réformer. A3DM Magazine fait le point sur ces nouveaux défis.
Par Philippe Bauer, expert processus, outils et innovation
en architecture mécanique chez Thales Air Systems.
B
ureau d’études recherche concepteur en mécanique pour étude de pièces aux
formes organiques fabriquées par SLM, EBM, SLS. Expérimenté en optimisation
topologique, reconstruction par formes libres et modélisation adaptative. Voici
une annonce professionnelle qui risque de faire réagir les jeunes techniciens. Et cet
exemple n’en est qu’un parmi d’autres concernant les multiples applications et besoins
déclenchés par la fabrication additive. Notre (vieux) métier évolue très vite et le besoin
de travailleurs formés aux technologies de « conception pour la fabrication additive »
apparaît de plus en plus. Nos jeunes recrues ne peuvent plus se retourner vers leurs
aînés. Ces techniques sont trop modernes. Tout est à faire ou refaire en termes d’instruction. Si des concepteurs ne sont pas rapidement formés, nous ne produirons pas
les données 3D permettant de profiter des technologies de fabrication additive. Nous
manquerons le premier virage et passerons certainement à côté d’innovations possibles. Peut-on se le permettre ?
18
A3DM magazine
n°1
FORMATION
basculer la pièce. Une bonne répartition des quantités de matières par couche permet de maîtriser
des échanges thermiques pour équilibrer les déformations en cours de fabrication. De nombreuses
règles comme celle-ci sont à respecter pour une
production réussie.
Le processus
d’optimisation
topologique retire
la matière inutile.
Découvrir, comprendre et appliquer les règles
de conception
Le « Design For Additive Manufacturing » prend sa source dans la
connaissance des technologies de fabrication, leurs règles d’utilisation, leurs avantages et leurs contraintes. Par exemple, lors de l’utilisation du procédé par fusion sélectif laser (SLM), les géométries
émergentes du vide lors de l’impression couche par couche doivent
être supportées. La notion de support doit être maîtrisée dès la
conception. Le designer ou concepteur doit traquer les plafonds horizontaux, les arêtes ou sommets qui naissent dans le vide, les faces
dont l’angle d’inclinaison est inférieur à un certain degré, etc. Les
corps creux sont réalisables sans supports mais à condition d’incliner
la pièce entière. Le concepteur apprend peu à peu à concevoir dans
un monde incliné à 45 degrés.
Nos éditeurs de logiciels de CAO 3D doivent aussi aménager des
fonctionnalités pour analyser nos conceptions avant de lancer la fabrication. L’utilisation des coupes et sections interactives s’avère un
outil pratique pour détecter l’émergence de ces singularités. Il va falloir toutefois disposer d’outils plus adaptés aux nombreux contrôles
de topologie. Des épaisseurs minimales doivent être respectées. Par
exemple, les grandes parois fines sont à éviter car elles peuvent se
vriller. Certains angles vifs accrochent le racleur de poudre et font
Le DFAM (Design For Additive Manufacturing) qui
vise à harmoniser la performance de la conception à la fabrication a pour objectif de réaliser une
pièce dans les meilleures conditions de prix, de
qualité, de temps, de performance et de durabilité. Il doit, aujourd’hui, s’étendre à la gestion des
matières. Créer celles qui s’adaptent à la fabrication additive, tel que cela avait été le cas pour les
technologies de fabrication historiques. Ces règles
doivent être rendues accessibles au plus grand
nombre. Vous retrouverez ces principes généraux
liés à la conception des produits pour la fabrication additive dans le manuel Fabrication additive
du prototypage rapide à l’impression 3D d’Alain
Bernard et Claude Barlier, édité chez Dunod (voir
encadré, page 20).
Notion de support,
inclinaison de la piece…,
de nombreux critères sont
à prendre en compte par les designers
et les concepteurs.
1
1
étude comparative
slm as7g.
Thales Air Systems
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n°1 19
FORMATION
2
reconstruction
par formes libres.
Utiliser les nouveaux outils de conception
L’optimisation topologique permet de découvrir et comprendre une
pièce mécanique. Pour être efficace, cette technologie requiert une
parfaite maîtrise des cas de charges mécaniques appliqués. Elle impose aussi une justification drastique des fonctions à remplir. Bref,
plus que jamais, l’analyse fonctionnelle joue un rôle et doit être utilisée avec rigueur.
fonction des premiers résultats, il faut redéfinir le
Rappelons que le processus d’optimisation topologique permet d’atteindre un objectif de conception en respectant des contraintes. On
pourra, par exemple, maximiser la rigité d’une pièce en fonction de
charges appliquées comme la force ou les masses. Cet objectif devra
répondre à des contraintes de déplacement maximal ou des premiers
modes de fréquence, etc. Le processus d’optimisation topologique
retire la matière inutile à un volume d’étude autorisé (design space)
alors même que d’autres volumes tels que les interfaces de fixations
restent inchangés (no design space). Il est un outil indispensable aux
bureaux d’études mécaniques modernes car il apporte des idées
supplémentaires aux concepteurs. Il permet de s’extraire de certaines habitudes de conception qui ont certes fait leurs preuves mais
peuvent encore évoluer. L’optimisation topologique n’est, cependant, qu’un outil et seul l’homme peut en extraire la quintessence.
L’expérience nous montre qu’il ne s’agit pas simplement de donner
un large domaine d’études à une optimisation en pensant que le
logiciel va converger immédiatement vers une solution idéale. En
par une meilleure convergence homme/machine.
design space et « reprendre la main ». Le concepteur pourra, par exemple, retirer définitivement
du domaine d’études les volumes de matière qui
ne seront jamais sollicités. Un nouveau calcul sera
plus rapide et permettra d’améliorer le résultat
L’optimisation topologique s’associe donc bien
avec les technologies de fabrication additive. Les
formes générées, souvent organiques, peuvent
maintenant être fabriquées. Attention toutefois,
la fabrication additive n’impose pas de générer
des formes organiques, il ne faut pas être dogmatique. Elle permet de fabriquer beaucoup de topologies y compris celles qui ressembleraient à une
forme usinée, moulée ou estampée. L’image 1,
page 19, nous montre des solutions concurrentes.
Nos concepteurs vont devoir apprendre à utiliser
ces nouveaux outils du quotidien. Il s’agira d’opter pour de nouveaux comportements et postures
pour concevoir.
DE LA FABRICATION ADDITIVE
À L’IMPRESSION 3D
Après avoir présenté le concept de base de la fabrication additive (FA)
ou fabrication par couches, Claude Barlier et Alain Bernard, pionniers et
experts de la fabrication additive, positionnent cette technologie dans la
chaîne numérique du développement rapide de produit (DRP), essentielle
à son émergence. L’évolution des applications, de « prototypage rapide »
puis d’« outillage rapide », et enfin depuis quelques temps, de « production de produits finis », est clairement définie dans l’ouvrage Fabrication
additive, du prototypage rapide à l’impression 3D aux éditions Dunod.
Ce livre est destiné aux ingénieurs en bureau d’études, aux concepteurs,
aux designers ainsi qu’aux makers passionnés par ces nouveaux procédés.
Fabrication additive – Du prototypage rapide à l’impression 3D de Claude
Barlier et Alain Bernard : 75 € - Éditions Dunod
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A3DM magazine
n°1
FORMATION
De nouveaux outils de design, les formes libres
Le premier résultat d’un calcul d’optimisation est un modèle 3D en
polygones. Le concepteur de bureau d’études ne peut se contenter
de ce genre de géométrie inexploitable dans les processus classiques.
Une phase de reconstruction est nécessaire. Suivant l’actualité des
solutions utilisées, le temps de reconstruction peut varier.
La cible recherchée est un modèle 3D construit de surfaces nurbs à
quatre frontières reliées en continuité G2. Les fonctionnalités utilisables dans nos solutions logicielles de CAO ou même d’optimisation portent les doux noms de « formes libres », « polynurbs »,
« T_SPLINES », « subdivision surface modeling » et fonctionnent
toutes par manipulation d’une primitive que l’on va déformer pour
suivre « à vue » le contour des formes organiques (image 2). Ces
fonctions dormantes dans nos logiciels se voient « réveillées » avec
l’apparition du processus de gestion des pièces organiques.
Depuis peu, nos éditeurs de logiciels de CAO travaillent avec un certain succès à semi-automatiser cette reconstruction (reconnaissance
facilité de zones organiques), parfois même à l’automatiser complètement. Le modèle polygone complet est alors transformé en nurbs
éditables. Pour nos concepteurs, la manipulation de formes complexes n’est plus un obstacle. La formation à ces outils est rapide et
leur utilisation agréable.
Ces ruptures technologiques peuvent être à la
source d’innovations. De nombreux outils et processus sont disponibles. Former les hommes permettra d’assurer le déploiement de toutes ces
technologies.
A
B
C
automatisation de la reconstruction
A. modèle .stl
B. reconstruction nurbs automatique
C. polygones de contrôle des nurbs
Gérer les données critiques pour la fabrication additive.
Testé lors du programme européen AMAZE, un logiciel dédié à la gestion et
l’exploitation de données matériaux dans le cadre de la fabrication additive:
Capturer et corréler les données matériaux
et celles des machines
Permettre la caractérisation
Supporter les outils de simulation
Identifier et comprendre les paramètres
impactant
Construire et structurer son savoir
FÉVRIER
3et4
LYON
Rendez-nous visite
Rendez-vous d’affaires sur la
fabrication additive
MARS
15
PARIS
Rejoignez-nous
Séminaire de Granta Design:
Maîtriser les données matériaux pour gagner
un avantage concurrentiel
www.grantadesign.com/fr
FORMATION
FABRICATION ADDITIVE
DES FORMATIONS ADAPTÉES
POUR TOUS LES ACTEURS
La fabrication additive révolutionne les pratiques.
Certes, mais encore faut-il savoir quelles nouvelles pratiques
adopter ! Et qui pour les adapter ! Les acteurs et les entreprises
sont en attente de ces bonnes pratiques. Mais ne s’apprennentelles pas dans les entreprises qui maîtrisent les technologies
composantes de cette chaîne de production de valeur ?
Par Alain Bernard, professeur d’université à l’École centrale de Nantes,
vice-président de l’AFPR (Association française de prototypage rapide : www.afrp.asso.fr).
L
es enjeux de la fabrication additive sont de diffuser de nouveaux savoirs, de
fournir de nouveaux outils, d’aider à penser autrement pour pouvoir concevoir et fabriquer différemment. Cependant, les acteurs de la chaîne de valeur
sont-ils prêts ? Ont-ils suffisamment confiance pour créer des produits en fabrication additive ? Avons-nous compris que souvent la fabrication additive seule ne peut
apporter toute la valeur à l’objet fabriqué ? Les connaissances conventionnelles en
matériaux, procédés, mesure (et bien d’autres) sont donc loin d’être mises au rebut.
Le challenge pour les entreprises mais aussi pour les consommateurs est d’avoir suffisamment confiance. Confiance dans la chaîne de production de valeur pour y intégrer
la fabrication additive.
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A3DM magazine
n°1
FORMATION
Un domaine en soi
Production pour la compagnie Ortofon,
Institut danois de technologie (DTI).
Olivier Jay
Une formation en naissance
Les acteurs de la formation sont nombreux à être concernés par la fabrication additive. Et les besoins dans ce domaine sont aussi divers : des
connaissances de base à des spécialisations poussées. Aujourd’hui,
si quelques modules de formation existent localement dans certains
établissements « de l’opérateur confirmé au scientifique spécialiste »,
les profils de compétences restent à préciser dans l’ensemble des domaines impactés. La chaîne de production de valeur prend naissance
chez les personnes qui imaginent de nouveaux concepts, mais aussi
les analystes de la valeur et les penseurs de la « satisfaction des besoins » et de la « réalisation de fonctions ». Nous ne pourrons imaginer
et concevoir de nouveaux produits sans les connaissances et les outils
pour créer des scénarios technologiques. Ces derniers doivent être mis
au service de la création puis de la fabrication d’objets, aux spécifications toujours plus complexes. La combinaison des technologies le long
de la chaîne de production de valeur transforme la traditionnelle gamme
de fabrication. Des préconisations dont les organismes de normalisation
commencent à s’emparer.
Alors pourquoi attendre ? Pourquoi ne pas écrire de nouveaux manuels
de formation ? Pourquoi ne pas imposer des modules de formation dans
tous les cursus universitaires ? Ne constate-t-on pas, de plus en plus, de
pratiques de fabrication additive dès le collège et le lycée ?
Au regard de la chaîne de valeur de la fabrication
additive, nous pouvons nous demander si quelqu’un
est apte à maîtriser les éléments d’un bout à l’autre.
Peu de personnes en sont capables, et très souvent,
ces derniers le sont car ils sont spécialistes d’une
technologie, d’un procédé en particulier. Si l’on veut
réellement tirer profit de l’utilisation de la fabrication
additive, une vision systémique de la chaîne de production de valeur est essentielle. Et comme c’est le
cas pour d’autres procédés, leur intégration passera
par une confiance accrue dans les capacités réelles
de ces technologies au regard du potentiel qu’on leur
attribue.
Cette confiance, bien sûr, passe par une fiabilité
technique et une capacité de mise en œuvre sans
discussion possible. Elle passe aussi par une espérance avérée dans les Hommes. Rien ne s’y oppose
en soi. Il faut toutefois pouvoir identifier quelles sont
les compétences clefs à tous les niveaux. Et des
compétences viennent des connaissances acquises
au cours du temps et capitalisées soit dans la tête,
soit par la pratique. La fabrication additive fait appel à
de très nombreux domaines de connaissances. Les
mathématiques, la physique, la chimie, la métallurgie, la mécanique, l’électrotechnique, l’informatique
mais aussi de très nombreux autres procédés. Elle
peut être vue comme un domaine en soi mais ne
peut pas justifier des diplômes spécifiques à tous les
niveaux scolaires et universitaires.
Ainsi, du baccalauréat au doctorat, des lycées professionnels aux universités et aux grandes écoles,
les établissements scolaires et universitaires disposent de tous les ingrédients pour former les étudiants mais aussi les enseignants, que ce soit en
formation initiale ou continue. La journée organisée,
à Paris, le 11 décembre sous le double sceau du
réseau AIP-PRIMECA et de l’AFPR a montré au travers des nombreuses présentations et témoignages,
toute la richesse et le potentiel déjà présents dans
notre système éducatif.
Trophée des Assises Européennes
de la Fabrication Additive,
création de Christian LAVIGNE
(sculpture numérique modulable, 2014).
réalisation de la société 3A (titane,
technique EBM, 90 x 90 x 100 mm)
A3DM magazine
n°1 23
FORMATION
Atelier de prototypage
- Machine impression 3d objet : Stratasys et EnvisionTEC
- Coulée sous vide : Silmix de Technocast
- Coulée métallique : VPC40 de Schultheiss
- Gravure laser de Sisma
- Scanner 3D
différentes solutions
(sur la figure : icône de chez iconfinder.com).
Richard Allard, professeur agrégé en Microtechniques
Les platesformes sont riches, plurielles et s’appuient
sur des matériels et logiciels représentatifs des machines disponibles sur le marché. Elles comprennent
des équipements complémentaires comme des
scanners, des machines de polissage, d’usinage,
des fours de traitement thermique, des procédés de
coulée plastique sous vide, des presses à injecter,
des micro-fonderies permettant de la coulée métallique basse pression. Ces derniers peuvent d’ailleurs
servir à montrer le potentiel de la fabrication additive
pour la fabrication de moules ou d’outillages. Ainsi,
afin d’aller au bout des choses, comme cela est déjà
le cas pour d’autres procédés plus conventionnels
comme la fonderie ou la mise en forme par emboutissage ou le forgeage par exemple, il devient indispensable de modéliser et de simuler en fonction des
caractéristiques propres aux procédés. Il est temps
de pouvoir créer à coup sûr des géométries, des
matériaux et des scénarios de fabrication conformes
aux exigences de qualité souhaitées pour des produits selon les secteurs d’application. Les formations
doivent permettre d’établir, d’entretenir et de faire
fonctionner des plateformes technologiques up-todate, en appui sur du personnel technique et des
enseignants formés aux techniques et aux pratiques
à développer. Tout ceci, les outils de conception et
d’industrialisation du commerce ne nous le donnent
pas malgré de nombreuses composantes existantes.
Les phases de production de valeur
Les apprentissages sont donc multiples, de niveaux
et de contenus très différents, allant de la sensibilisation à la formation opérationnelle. Nous avons besoin
de personnels capables de designer ou paramétrer
la fabrication, une main d’œuvre la mettant en pratique, etc. Sans oublier les mesures et les contrôles
de fabrication. Cet aspect des plus importants devra
être intégré aux formations. Ceci est d’autant plus
prégnant pour certains procédés pour lesquels la
manipulation du matériau ou la proximité avec le procédé présentent des risques dont il faut se protéger.
Si l’on considère la chaîne de production de valeur,
les étapes principales sont donc la conception, la
24
A3DM magazine
n°1
préparation de la fabrication, la mise en œuvre de
la machine et des éléments nécessaires à la fabrication, y compris le matériau avant et après fabrication,
et enfin les post-traitements qui vont permettre de
terminer la pièce avec toute la valeur attendue par
le client.
L’étape de conception requiert différentes compétences spécifiques. Le plus souvent, le concepteur
doit être capable de fournir une analyse fonctionnelle.
L’enjeu n’est pas de reproduire des pièces existantes
(solution classique pour des pièces de rechange)
mais bien d’imaginer et d’intégrer des fonctions nouvelles. La fabrication additive permet la conception
de géométries complexes et la possibilité de minimiser la matière utilisée. Ces avantages sont rendus
possibles par les outils d’optimisation topologique et
les logiciels de simulation. Des connaissances dans
ces outils sont donc indispensables pour les conditions futures de mise en œuvre.
La phase de préparation nécessite une connaissance fine du procédé. Elle est intimement liée à la
conception. Il est, par exemple, nécessaire de savoir
comment placer et orienter la ou les pièces à produire. De nombreuses questions se posent lors de
cette phase. Comment associer différentes pièces
au sein d’une même fabrication ? Quelles sont les
contraintes de finition ? Comment minimiser ces opérations ? Et bien d’autres ! Cette phase requiert une
excellente connaissance du procédé de fabrication
mais aussi des capacités offertes par les procédés
de post-traitement. Il faut penser le processus technologique de manière complète et pas uniquement
l’étape de fabrication. La formation à la phase de
fabrication peut donc être un complément aux autres
apprentissages.
La phase de mise en œuvre du procédé lui-même
demande, elle aussi, une grande rigueur dans le
choix des paramètres de fabrication mais aussi et
surtout dans la mise en œuvre du processus complet : pré chauffage, approvisionnement et recyclage
en matériau, fixation et extraction du plateau. Cette
tâche d’opérateur machine est essentielle à la réus-
FORMATION
site du processus complet. Elle suppose la maîtrise
de la mise en œuvre de chacune des machines mais
aussi et surtout, elle demande une grande rigueur
dans le respect des choix qui ont été faits lors de la
préparation de la fabrication. La dernière phase est
capitale car il ne faut pas détruire la valeur apportée
à la pièce lors des étapes précédentes. Pour cela,
les formations sont à adapter aux spécificités des
opérations nécessaires à la finition de pièces ou de
plateaux complets obtenus par fabrication additive.
Minutie et efficacité doivent être conjuguées afin que
le temps et le coût de ces étapes ne soient pas rédhibitoires par rapport au temps de cycle global.
machine EOS M290 qualifiée en 9100.
application aérospatiale : laser 400 watts
fusionnant une poudre d’inconel 718.
Enfin, nous abordons les phases de contrôles et
de mesures, de tests et de suivis de fabrication, de
traçabilité... pour satisfaire les contraintes et les exigences de chaque cahier des charges. Aujourd’hui,
les techniques de contrôles et de mesures pour visiter
des formes intérieures complexes ou pour détecter
des défauts dans ces pièces sont peu nombreuses
(voir l’article Contrôles et mesures, un nouvel enjeu
pour la fabrication additive, page 32). Cependant,
une approche d’assurance –qualité avec des mesures in-process devrait permettre de s’affranchir
d’étapes de contrôle dans certains cas. Face à cela,
il est indispensable d’acquérir les bonnes pratiques
de mesures et de contrôles. Des compétences clés
sont à développer en lien avec les standards et les
normes sectorielles ou plus générales, telles qu’elles
sont actuellement en cours de mise en place à l’ISO
(International Organization for Standardization).
Les apprenants vont devoir acquérir des compétences complémentaires par rapport aux certitudes
qu’ils ont acquises jusqu’à aujourd’hui. Il faudra repenser et réformer leurs habitudes afin de les adapter à ces nouvelles pratiques. Une nouvelle formation
qui permettra de valoriser les compétences de base
en les déployant dans un domaine fortement compétitif et dont le marché est en forte croissance.
Une approche produit/process
Le marché ne peut continuer à croître qu’en s’appuyant sur la confiance, dans les machines, les pratiques, les Hommes. Des Hommes toujours mieux
formés, s’appuyant sur des bases de données matériaux-procédés, par exemple. D’une manière plus
globale, le système doit apprendre et capitaliser cette
connaissance pour être capable de la réutiliser à bon
escient. Capitaliser du savoir et de la connaissance
passent par l’analyse des domaines des possibles,
en créant des modèles manipulables et utilisables au
profit d’une meilleure robustesse des résultats obtenus. Cette connaissance partagée, couplée à des
outils d’aide à la décision, devrait permettre à terme
de concevoir non seulement la géométrie des pièces
mais aussi le ou les matériaux, à différentes échelles.
Et ceci en élaborant des structures particulières, en
combinant les matériaux, en chacun des points de
la pièce et en conséquence des propriétés locales
données par ces mêmes matériaux. On parle alors
de « gradient de matériau ». À ce sujet, des réussites technologiques industrielles existent déjà dans
le domaine des thermoplastiques, polymères et élastomères mais aussi de matériaux métalliques combinées lors de leur projection dans un flux d’énergie.
Tout ceci montre le potentiel mais aussi la complexité
de la maîtrise des modèles et des méthodes indispensables à une utilisation optimale des processus
supports à la chaîne de production de valeur intégrant la fabrication additive. Soyons optimistes ! Les
enfants dans les collèges s’initient aux pratiques
de base de la conception de modèles numériques
et à leur fabrication à l’aide d’imprimantes 3D. Dans
quelques années, les étudiants auront déjà acquis
cette culture et une confiance dans le principe même
des procédés. La culture de la fabrication additive est
en train d’entrer dans les mœurs. Des métiers vont
continuer à évoluer en intégrant cette technologie.
La pénétration du marché par la fabrication additive
est en marche. Elle est prometteuse de valeur et
de progrès. Pour ne pas en manquer l’essentiel, il
faut mettre au plus vite en place des référentiels de
formation et des certifications professionnelles. Un
institut national pourrait fédérer cela en lien avec les
acteurs professionnels de la formation, tant initiale
que continue.
A3DM magazine
n°1 25
MATÉRIAU
LES MATÉRIAUX
CHIFFRES, DESCRIPTIF
ET STANDARDISATION
Essentiels à la fabrication additive, les matériaux sont
l’un des points clés de l’évolution et du développement
de cette technologie. Leurs propriétés, la possibilité
de les combiner et leur normalisation sont des éléments
importants qui définiront le futur de cette technologie.
A3DM Magazine analyse la situation actuelle.
Par Giorgio Magistrelli, expert AM,
gestionnaire d’entreprise et projet.
D
epuis 1982, lorsque Chuck Hull a commencé à expérimenter la stéréolithographie (SLA), les possibilités de fabrication
par couches successives n’ont cessé d’évoluer,
atteignant, quelques années plus tard, l’étape
fondamentale de l’enregistrement du brevet US
4.575.330, obtenu le 11 mars 1986. Avec l’objectif d’améliorer le prototypage rapide, le nouveau
processus SLA a introduit une technique révolutionnaire basée sur l’utilisation d’un laser ultraviolet (UV) venant frapper une résine. Le fichier
brevet
stéréolithographie
(sla) us 4.575.330,
obtenu le 11 mars
1986.
26
A3DM magazine
n°1
STL était créé afin de permettre le découpage
de l’objet par couche. La répétition du processus
de couches successives permet de générer des
formes tridimensionnelles. Ce procédé est reconnue comme la première invention qui conduit à
la naissance de la fabrication additive. Depuis ce
jour, différentes résines, polymères, métaux, céramiques, composites et bio cellules enrichissent le
paysage de matériaux disponibles pour la fabrication additive. Et la liste ne cesse de croître.
MATÉRIAU
Services et matériaux : une croissance
émergente
$330
Le battage médiatique sur la fabrication additive
est en évolution constante et s’adapte aux nouveaux développements. Tandis que les acteurs du
secteur, comme dans tous les domaines émergents,
sont confrontés aux consolidations et fusions sectorielles. Cependant, l’évolution de ces techniques
et la multiplication du nombres de ses applications
conduisent à une croissance soutenue. Les centres
de service sont en augmentation continuent dans
le monde entier, à la fois dans les environnements
B2B mais aussi B2C. Selon l’entreprise Wohlers, les
revenues des services de la fabrication additive ont
augmenté au fil des années, atteignant 38,9 % en
2014, après une hausse de 1,3 milliard $ américain
en 2013 . Au cours des cinq dernières années, le
développement a été de 400 %. Les revenues liées
aux matériaux de fabrication additive ont atteint,
en 2014, le total de 640 millions $ américain avec
une hausse de 29,5 points de pourcentage par année, trois fois la valeur de la production en 2010
(voir le tableau 1).
$270
2
298,4
$300
$240
228,9
$210
189,0
155,8
$180
$150
102,5
$120
$90
$60
$30
114,0
103,7
39,4
47,3
65,6
80,7
122,8
89,6
02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14
Source : Wohlers Associates, Inc.
3
$50
$48,7
$45
$40
$35
$32,6
$30
$24,9
$25
1
$760
$15
$660
640,0
$10
$560
493,9
$460
327,1
265,9
220,9
238,0
217,8
$160
$60
$18,0
$12,0
2009
$13,5
2010
2011
2012
2013
2014
Source : Wohlers Associates, Inc.
417,0
$360
$260
$20
189,5
151,0
81,2
128,9
71,0
93,4
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14
Source : Wohlers Associates, Inc.
Selon le rapport IDTechEx, la tendance pour les prévisions futures des dix prochaines années montre
une croissance similaire pour les poudres thermoplastiques et métalliques, notamment grâce à une
application plus ample des techniques de prototypage rapide et au passage à la fabrication des
pièces finies.
Actuellement, le marché des matériaux est dominé par les photopolymères et les métaux. En 2014,
la croissance du matériau photopolymère a été de
plus de 30,3 %, atteignant 298,4 millions $ américains (comme montré sur le tableau 2). Tandis que
la croissance des matériaux métalliques a été de
49,4 % pour une valeur totale de 48,7 millions $
américains (tableau 3).
A3DM magazine
n°1 27
MATÉRIAU
Part de marché des matériaux en 2015 et en 2025
2025
2015
Photopolymer
Thermoplastic Filament
0%
1%
0%
0%
1%
0%
Thermoplastic Powder
13 %
Metal Powder
25 %
Welding Wire
38 %
42 %
26 %
Sand
Blinder
23 %
18 %
Source : IDTechex
13 %
Différentes techniques, différents matériaux
Bien que la définition de la fabrication additive soit universellement acceptée et approuvée par les principaux organismes
de standardisation, elle comprend de nombreux procédés, liés spécifiquement aux divers matériaux.
PROCESSUS
Binder Jetting
TECHNOLOGIE
MATÉRIAUX
Powder Bed et Inkjet Head Printing
Poudres de céramique, stratifiés en métal, acrylique, sable,
composites, polymères, des mélanges de polymères
Plaster Based 3D Printing
Bonded Plaster, Plaster Composites
Directed Energy
Deposition
Laser Metal Deposition
Métaux et alliages métalliques, métaux hybrides
Material Extrusion
Fused Deposition Modelling
Thermoplastiques, polymères, mélanges de polymères
Material Jetting
Multi-Jet Modelling
Photopolymères, cire, composites
Powder Bed Fusion
Electron Beam Melting
Poudre de titane, cobalt-chrome
Selective Heat Sintering
Poudre thermoplastique
Selective Laser Sintering
Plastique, métal, papier, verre, céramique, composites
Direct Metal Laser Sintering
Acier inoxydable, Chrome Cobalt, Nickel Alloy
Sheet Lamination
Laminated Object Manufacturing
Plastique, métal, papier stratifiés, céramiques, composites
Ultrasonic Consolidation
Métaux et leurs alliages
Vat Polymerization
Stereolithography
Liquide photopolymère, composites
Digital Light Processing
photopolymère liquide
La famille des plastiques
Les plastiques sont les matériaux les plus utilisés.
Cette offre est très variée puisqu’ils présentent
des caractéristiques très différentes : de propriétés fonctionnelles, de couleurs, de transparence,
de biocompatibilité, de résistance, de rigidité, de
dureté, d’élasticité, etc. Par exemple, la stéréolithographie utilise des photopolymères dont les
propriétés changent selon la lumière.
En fonction de leurs réactions face à des températures élevées, les plastiques sont divisés en deux
catégories : les thermoplastiques, possèdant la
caractéristique de pouvoir être refondus, et les
matières plastiques thermodurcissables, des matériaux polymères liquides ou malléables à des
températures basses mais ne peuvant être fondus
qu’une seule fois. Ces polymères se présentent,
généralement, sous forme de poudres ou de filaments.
28
A3DM magazine
n°1
Les thermoplastiques, principale catégorie de photopolymère
• L’ABS, acrylonitrile butadiène-styrène, est le plastique utilisé pour
fabriquer les pièces Lego, un choix très commun pour l’impression
3D. Sa force, sa souplesse, sa capacité d’usinage et sa résistance à
une température plus élevée font de lui le plastique préféré des
ingénieurs.
• Le PA, polyamide, est le polymère le plus couramment utilisé dans
les techniques Powder Bed Fusion ou par frittage sélectif laser
(SLS). Le nylon est un polyamide synthétique.
• Le PC, polycarbonate, nécessite une buse à haute température.
• Le PLA, acide polylactique, provient de la transformation de produits végétaux comme le maïs, les pommes de terre ou les betteraves à sucre.
• Le PVA, alcool polyvinylique, est utilisé comme matière de support
soluble ou pour des impressions spécifiques.
• Le SOFT PLA ou PLA DOUX, acide polylactique, est caoutchouteux
et flexible, disponible dans des couleurs et des sources limitées.
MATÉRIAU
• Le TPU, polyuréthane thermoplastique, offre ténacité, résistance
et élasticité, en particulier le TPU 92A.
• L’ULTEM 9085 de la société Stratasys est un matériau récent avec
un rapport poids/résistance très significatif et très intéressant, spécifiquement pour le secteur de l’aérospatiale.
Le marché du plastique
Jusqu’en 2012, l’ABS et le PLA sont les seuls matériaux polymères.
Ils sont encore les filaments les plus couramment utilisés. Le PLA a
gagné en popularité en raison de son utilisation courante dans les
imprimantes 3D et de ses propriétés recyclables. L’ABS a l’avantage
d’être utilisé dans la fabrication de pièces plus solides grâce à une
meilleure cohésion entre les couches. Il est donc utilisé non seulement pour la fabrication de prototypes mais aussi pour des pièces
finies. Les prix représentent toujours un facteur critique et les polymères coûtent beaucoup plus chers que les plastiques utilisés pour
la fabrication conventionnelle. Selon le rapport Wohlers de 2015, le
prix du plastique est compris entre 175 et 250 $/kg contre 2-3 $/kg
pour les thermoplastiques par moulage par injection.
En termes de fournisseurs de photopolymères, les entreprises clés
sont : 3D Systems, Asiga, B9Creator, Bucktown Polymers, Carima,
DSM, DWS, Envisiontech, Kevvox, Makerjuice labs, Rahn, Sartomer,
Stratasys. Les entreprises clés pour les filaments thermoplastiques
sont : 3D Systems, Airwolf 3D, Colorfabb, Esun, Faberdashery, KDI,
Markforg3D, Inventables, Madesolid, Stratasys and Taulman 3D.
Tandis que les fournisseurs de produits chimiques connexes sont :
Evonik, LG Chem, Natureworks LLC and Solvay. Les principaux producteurs de poudres thermoplastiques, principalement utilisés par
frittage sélectif laser sont : 3D Systems ALM, Arzauno, CRP, EOS, EXCELTEC, Graphite, OPM and Taulman 3D.
Le panorama des métaux et ses développements
Les procédés métalliques comme directed energy deposition et
metal powder bed fusion sont capables de produire des éléments
fonctionnels et de haute qualité à partir d’une variété de métaux
en poudre.
• Cobalt-chrome et des alliages à base de nickel.
• Titane et alliages de titane commercialement purs.
• Cuivre et alliages d’aluminium.
• Les métaux précieux (or, platine, palladium, l’argent).
• Les aciers inoxydables.
• Les aciers à outils.
Les poudres métalliques peuvent avoir différentes tailles et formes,
sphériques ou irrégulières, selon les procédés de fabrication. Les
fabricants coopèrent étroitement avec les fournisseurs de matériaux
pour développer de nouveaux procédés tout en réduisant la porosité,
en renforçant la consistance et garantissant la répétabilité comme le
requirent les industries. L’atomisation est la méthode pour produire
des poudres métalliques. L’atomisation par gaz est le plus utilisé
pour les alliages en Ni, Fe, Al, Ti et Co pour la fabrication additive,
Lame de pelle imprimée avec de la résine
ultem 9085 de la société stratasys.
échangeur de moteur automobile métallique.
notamment car il offre de multiples formes régulières de particules de poudres. L’atomisation par
l’eau est, quant à elle, le système le plus commun
et économique. Par exemple, la majorité des systèmes en powder bed fusion préfère des poudres
métalliques avec particules sphériques, uniformes
et denses. Ce processus nécessite la fusion du métal solide dans une atmosphère de vide (ou sous
air/gaz inerte) remplie de gaz à grande vitesse réduisant le métal en particules métalliques ensuite
sphéroïdisées à la fin du processus.
Les entreprises clés fabricants de poudre sont :
AP&C, Arcam, Argen, ATI Powder Metals, Carpenter,
Cooksongold, Conceptlaser, DM3D,Erasteel,EOS,
GKN Hoeganaes, HC Starck, Legor Group, LPW
Technology, Metalysis Technology, Metco, Praxair,
Renishaw, Sandvik, SLM and TLS.
Comme pour les polymères, les métaux pour la
fabrication additive sont plus coûteux que pour
les processus de fabrication soustractive et traditionnels. Les coûts élevés d’atomisation doivent
aussi être considérés. Toutefois, des recherches
constantes et des innovations pourraient conduire
à une utilisation plus large de la fabrication additive en métal et donc entraîner un abaissement
des coûts des matériaux.
A3DM magazine
n°1 29
MATÉRIAU
imprimante 3d objet500 multi-matériaux
de stratasys.
appareils ménagers. Ces matériaux sont généralement résistants à la chaleur, recyclables mais
salubres pour les aliments. Les sociétés Materialise
et Sculpteo offrent aussi des services d’impression
3D pour des produits à base de céramique.
ALIMENTS
Les multi-matériaux et les nouvelles frontières
Alors que des projets de recherche et d’innovation sur de nouveaux
matériaux plastiques et métaux sont constamment développés, les
multi-matériaux représente également une récente et nouvelle
frontière. Le mélange de caractéristiques souples et rigides, transparentes et opaques, de différentes couleurs permet la fabrication de
produits composites, intégrant des propriétés différentes de matériaux. Un exemple intéressant est représenté par la gamme Objet
Connex, des imprimantes multi-matériaux de Stratasys. Cette dernière permet la combinaison de 123 matériaux, dont 90 dérivées du
mélange composite de matériaux primaires de la Objet. Les utilisateurs peuvent sélectionner des matériaux dans une large gamme,
du plus rigide au caoutchouc, du transparent aux différentes couleurs, offrant la possibilité de combiner jusqu’à 14 matériaux dans
le même temps dans une sole modèle. Chaque matériau est acheminé à un système liquide dédié qui est ensuite connecté au bloc
d’impression Objet, contenant huit têtes d’impression. Chaque tête
comprend 96 buses, chacune mesurant 50 microns de diamètre. Ainsi
pour chaque matériau, deux têtes d’impression dédiées peuvent travailler en synchronie.
Toujours dans le domaine de la fabrication additive multi-matériaux et multicolore, la nouvelle technologie HP, appelée « multi-jet
Fusion™ » et annoncé pour 2016, est basée sur un système de jet
d’encre thermique. Prometteuse, cette technique utilise des encres
pigmentées CMYK de HP pour fabriquer des pièces en utilisant des
matériaux thermoplastiques. Dans l’avenir, HP a annoncé que des
céramiques et des métaux pourront également être imprimés.
Autres matériaux
BIOMATÉRIAUX
Dans ce contexte, nous avons décidé de ne pas aborder les biomatériaux, comme les tissus osseux ou les médicaments. Aujourd’hui,
ils nécessitent des analyses spécifiques et détaillées liées au secteur
médical et biomédical.
CÉRAMIQUES
De nombreuses entreprises comme 3D Systems offrent des machines
utilisant des matériaux céramiques mais aussi des systèmes hybrides
pour céramique/métal. Les champs d’applications sont : le dentaire,
le médical, le biomédical, l’aérospatiale, l’automobile mais aussi les
30
A3DM magazine
n°1
Les aliments imprimés en 3D ont attiré l’attention
des médias. Cette technologie permet la créativité culinaire mais offre aussi une réponse à des
patients médicaux ayant des problèmes de mastication et la déglutition, comme évaluée pendant
le projet européen appelée PERFORMANCE (voir
l’article La Commission européenne, un soutien
de poids, page 46). Si vous êtes un grand amateur
de chocolat, nous vous suggérons d’aller faire un
tour vers Choc Creator.
VERRE
La poudre de verre est étalée couche par couche,
et liée avec de la colle de pulvérisation. Elle est
ensuite cuite. Un nouveau procédé vient cependant d’être dévoilé par le Massachusetts Institute
of Technology (MIT). Ce procédé à haute température permet au verre de conserver sa rigidité et
sa transparence. Problème essentiel que les anciens procédés, par fusion de particules de verre,
par exemple, n’obtenaient pas. Le verre fondu est
chargé dans une trémie dans la partie supérieure
de la machine, après avoir été recueilli à partir
d’un four à soufflage de verre classique. Le matériau est coulé à plus de 1 000 degrés Celsius.
La standardisation internationale
des matériaux
Le paysage des standards de la fabrication additive est finalisée par une coopération entre les
trois organes principaux et ses comités techniques,
comme l’ASTM F42, l’ISO TC 261 et le CEN-CENELEC TC 438. L’ISO et l’ASTM ont signé un « plan
conjoint pour le développement des normes de
fabrication d’additifs », récemment renouvelé. La
normalisation concernant les matériaux utilisés est
considérée, par les parties prenantes du monde
entier, cruciale pour le développement durable de
la technologie.
L’ASTM, l’American Society for Testing and Materials, est mondialement reconnue comme un
organisme de standardisation internationale.
Il développe et publie des normes techniques
consensuelles sur une large gamme de matériaux,
MATÉRIAU
produits, systèmes et services, parmi lesquels la fabrication additive occupe une position très importante. L’ASTM a son siège aux
États-Unis, à West Conshohocken dans l’état de Pennsylvanie, et des
bureaux à Washington, Bruxelles, Ottawa, Beijing et Mexico City. Le
Comité F42, fondée en 2009 et géré par Pat Picariello, et les souscomités connexes sous la juridiction de F42, incluent des méthodes
de test design, matériaux et procédés, terminologie, planification
stratégique et le groupe conjoint avec l’ISO/TC 261. En soulignant
l’accent mis sur l’élaboration de normes mixtes, le comité technique
ISO-TC261 et l’ASTM F42 sont parvenus à plusieurs accords clés sur
les principes directeurs à suivre. Ceux-ci comprennent un ensemble
de normes à utiliser partout dans le monde, une feuille de route
commune et la structure organisationnelle pour les standards en
fabrication additive.
L’ISO est une organisation internationale indépendante et non
gouvernementale qui regroupe 162 organismes nationaux de normalisation. Il réunit des experts pour partager les connaissances et
développer des standards internationaux, fondés sur le consensus,
et qui soutiennent l’innovation. L’ISO TC 261 a été fondée en 2011
et est présidé par Jörg Lenz d’EOS GmbH. Lutz Wrede de DIN gère
le secrétariat.
Le comité technique TC438 de CEN CENELEC est présidé par Éric
Baustert de l’AFNOR dont le secrétariat est géré par Olivier Coissac
de l’UNM. La responsable du programme est Monica Ibido. Le TC 438
a été fondée en 2015. Sa stratégie a été récemment approuvée, le
13 octobre 2015. Ses objectifs sont de standardiser les processus de
fabrication additive, les procédures de test, les questions environnementales, les paramètres de qualité, les contrats d’approvisionnement, les principes fondamentaux et les vocabulaires. Il fournit
un ensemble complet de normes européennes basées, autant que
possible, sur les travaux de normalisation internationale. L’objectif
est d’appliquer l’accord de Vienne avec l’ISO/TC 261 pour assurer
la cohérence, l’harmonisation et renforcer les liens entre les programmes de recherche européens. Il assure la visibilité de la standardisation européenne en centralisant les initiatives de normalisation
en Europe.
Les standards sur les matériaux sont déjà publiées.
ASTM F2924 – 14 - Standard Specification for
Additive Manufacturing Titanium-6 Aluminum-4
Vanadium with Powder Bed Fusion.
ASTM F3001 - 14 - Standard Specification for Additive Manufacturing Titanium-6 Aluminum-4 Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) with Powder Bed
Fusion.
ASTM F3049 - 14 - Standard Guide for Characterizing Properties of Metal Powders Used for Additive Manufacturing Processes.
ASTM F3055 - 14 - Standard Specification for Additive Manufacturing Nickel Alloy (UNS N07718)
with Powder Bed Fusion.
ASTM F3056 - 14 - Standard Specification for Additive Manufacturing Nickel Alloy (UNS N06625)
with Powder Bed Fusion.
Conclusion
Le développement des systèmes de production et
des matériaux avancent main dans la main. Nous
allons voir, dans les années à venir, la consolidation et l’amélioration des processus existants, ainsi
que l’utilisation plus large des systèmes de la fabrication additive. La qualité et le développement
de matériaux représentent un des aspects clés de
la chaîne de valeur constamment suivie par les
industries et les utilisateurs du secteur.
Sources
10 Reasons Multi-Material 3D Printing is better
for your Product Design and Development.
3D Printing Materials Markets : 2014-2025 - Trends, Key
Players and Forecasts - Rachel Gordon, Technology Analyst
IDTechEx.
Advances in Non-Conventional Materials Processing
Technologies - Selected, Peer Reviewed Papers from
the 4th Manufacturing Engineering Society International
Conference, September 2011, Cadiz, Spain.
imprimante 3d multi-jet fusion de hp.
Mechanical Testing and Properties, Askeland, D.R.,
in The Science and Engineering of Materials, 2nd edition,
PWS-KENT Publishing Co., 1989, pp. 145–181.
Complex metallic alloys as new materials for additive
manufacturing, Samuel Kenzari, David Bonina, Jean-Marie
Dubois et Vincent Fournée Institut Jean Lamour, UMR
7198 CNRS-Université de Lorraine, 54011 Nancy, France.
Embrittlement, Courtney, T.H., in Mechanical Behavior
of Materials, 2nd edition, McGraw-Hill Book Co., 2000.
Introduction to Powder Metallurgy by European Powder
Metallurgy Association, G. Dowson (1992)-D. Whittaker.
Manufacturing Technology for Aerospace Structural
Materials F.C. Campbell, 2006, Elsevier, Powder Metallurgy
Review, Spring 2014 – Vol. 3 N°01.
Nickel and Cobalt Alloys, Smith, W.F., in Structure and
Properties of Engineering Alloys, 2nd edition, McGraw-Hill,
Inc., 1993, pp. 487–536.
Wohlers Report 2015, pp 51-64.
A3DM magazine
n°1 31
MESURE
CONTRÔLES ET MESURES
UN NOUVEL ENJEU POUR LA FABRICATION ADDITIVE
Principale interrogation liée à la fabrication additive, la normalisation
est au cœur du débat. Il est difficile, aujourd’hui, de prédire dans le temps
la fiabilité de pièces produites par impression 3D. Le Laboratoire national
de métrologie et d’essais (LNE) a entre autres pour mission le développement
de méthodes de mesures. La fabrication additive passe aussi sous contrôle.
Par Anne-Françoise Obaton du Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE).
L
a fabrication additive regroupe les procédés permettant de fabriquer des pièces,
à partir de matière première brute transformée, couche après couche, suivant un modèle
numérique. En conséquence, outre la nécessité
de contrôler la machine de fabrication et la pièce
finie, il faut aussi contrôler le matériau mais également la matière première. Et ceci pour chaque
couche en temps réel ! Un défi énorme mais essentiel ! Par ailleurs, l’un des avantages de cette
technologie est son approche économique et
écologique, en recyclant la matière première non
transformée au cours du processus de fabrication.
Il faudra donc prévoir, en plus, des contrôles sur la
matière première recyclée.
Identification des besoins en contrôle
et mesure
Les contrôles de matière première, aujourd’hui,
concernent essentiellement les poudres neuves
et recyclées. Ils portent notamment sur la taille,
la forme, la distribution en taille et en forme, la
forme cristallographique, la composition chimique,
l’homogénéité chimique, la masse volumique et la
coulabilité.
32
A3DM magazine
n°1
Les contrôles de matériau, eux, portent généralement sur les propriétés mécaniques réalisées sur
des éprouvettes. Ils sont, notamment, nécessaires
pour étudier le post-traitement thermique de la
pièce, qui sert à éliminer les contraintes résiduelles
dans le matériau.
Les contrôles de machine permettent d’évaluer
quantitativement les performances de la machine.
Deux méthodes sont possibles : des contrôles directs et individuels des différentes composantes
et caractéristiques de la machine ou le contrôle
d’un échantillon témoin. La première méthode
peut se révéler compliquée car elle nécessite l’instrumentation de la chambre de fabrication avec
des capteurs appropriés, ce qui n’est pas toujours
possible. En revanche, la deuxième méthode est
beaucoup plus simple à mettre en œuvre et présente les avantages suivants :
• évaluation des limitations de la machine et de
ses possibilités (quantification de son exactitude, identification des sources d’erreurs…) ;
• combinaison de toutes les erreurs de la machine ;
• comparaison des machines entre elles ;
• vérification des performances de la machine.
MESURE
1
images numériques d’une structure
lattice par tomographie à rayons x
metrotom 800 de zeiss.
Contrôle par tomographie à rayons X
Un des principaux intérêts de la fabrication additive réside dans la
possibilité de réaliser des pièces extrêmement complexes, irréalisables par des techniques traditionnelles. Parmi celles-ci figurent les
structures lattices qui permettent d’alléger les pièces. Ces structures
sont très utilisées dans les domaines de l’aéronautique et l’aérospatiale. Elles sont également intéressantes pour le secteur médical
qui réalise des implants dont l’intégration dans le corps humain
est améliorée. La fabrication additive permet également la réalisation de pièces contenant des cavités internes ou des canaux. Pour
de telles pièces, les techniques de contrôle de surface ne vont plus
être suffisantes. Il faut envisager des techniques 3D volumiques, des
techniques permettant de contrôler la structure interne des pièces.
La plus généralisée d’entre elles est la tomographie à rayons X qui
consiste à faire des clichés de la pièce tout en lui faisant subir une
rotation sur 360°. Ensuite, à partir de ces clichés expérimentaux,
l’objet est reconstruit numériquement. Nous avons entrepris, en
collaboration avec la société Zeiss, de contrôler des structures lattices élaborées par la société Medicrea spécialiste dans la fabrication
de cages intervertébrales (figure 1). Ces mesures nous permettent
de valider la géométrie externe et interne des pièces par comparaison avec le dessin numérique initial. Par ailleurs, elles rendent
aussi possible la recherche de poudre non fusionnée qui pourrait,
ultérieurement, se détacher de la pièce (figure
2). Des déchets qui se répartiraient dans le corps
humain en cas de pièces implantées. Tous les défauts doivent être détectés, sans exception. Toutefois, la tomographie à rayons X, essentiellement
utilisée jusqu’à aujourd’hui pour la détection de
défauts, nécessite d’être qualifiée métrologiquement pour la mesure dimensionnelle. Le Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) va
coordonner un projet (MetrAMMI), financé par
la métrologie européenne, qui étudiera notamment cet aspect pour le secteur médical utilisant
la fabrication additive. Il est aussi impliqué dans le
projet I-AM-SURE financé par le Fonds unique interministériel (FUI) et coordonné par le fabricant
français de machines d’impression 3D, BeAM. Ce
projet approfondira également cet aspect pour le
secteur de l’aéronautique (DCNS, Thalès, Airbus).
D’autre part, il abordera le contrôle in situ et en
temps réel de la fabrication de chaque couche par
ultrasons laser (CEA-List) et par émission acoustique (Cetim).
image optique réalisée
avec la machine o-inspect
322 de zeiss.
2
A3DM magazine
n°1 33
MESURE
Autres méthodes de contrôle
Si la tomographie à rayons X est incontestablement la plus aboutie des techniques existantes,
elle n’en demeure pas moins coûteuse pour
du contrôle quotidien. En conséquence, le LNE
concentre aussi son travail de recherche sur l’exploration de méthodes alternatives à la tomographie à rayons X, pour des contrôles métrologiques
élaborés mais moins chers afin de favoriser les
mesures régulières. Dans ce contexte, le laboratoire a entrepris des mesures de masse volumique
avec un pycnomètre à gaz, en collaboration avec
la société ForS Instruments. Cette technique est
particulièrement adaptée aux structures lattices
quel que soit le matériau. En parallèle, la LNE réalise des mesures par ultrasons (US) avec la société
Alctra permettant d’évaluer l’homogénéité de
matériaux élaborés en fabrication additive par
le prestataire de service Volum-e. Ces matériaux
sont homogènes si les signatures ultrasons (US)
mesurées en différents points d’une éprouvette
d’épaisseur constante sont équivalentes.
La comparaison des signatures est aisée dès lors
que la fréquence ultrason est adaptée aux matériaux et a été identifiée. Cette technique est particulièrement appropriée pour les matériaux métalliques. En ce qui concerne les matériaux polymères
et céramiques, la tomographie térahertz est plus
adaptée. Le principe de cette technique est similaire à la tomographie à rayons X avec une résolution spatiale moins fine. Cependant, les ondes
térahertz ne sont pas ionisantes et peuvent donc
être utilisées sans danger dans n’importe quel environnement. En collaboration avec le laboratoire
IMS de l’Université de Bordeaux, nous évaluons
des matériaux polymères et céramiques (figure 3).
3
photographie (en haut) et image
(en bas) par tomographie térahertz
à 2 THz d’une éprouvette céramique.
La fabrication additive est une technologie extrêmement prometteuse. Cependant, si nous souhaitons pouvoir l’utiliser et, principalement, pour de
la production, il faut persévérer à investiguer des
méthodes de contrôles fiables. Des protocoles de
mesures et des guides de bonne pratique pour
valider les pièces réalisées seront aussi nécessaires.
Les groupes de normalisation nationaux et internationaux UNM920, CEN/TC 238 et ISO/TC 261
s’efforcent d’œuvrer en ce sens.
4
la machine metrotom
800 de zeiss (à gauche)
permet le contrôle par
tomographie à rayons x,
tandis que la machine
o-inspect 322 de zeiss
(à droite) permet
un contrôle optique.
34
A3DM magazine
n°1
TEST
TEST DE L’IMPRIMANTE 3D
VOLUMIC 3D STREAM 20 PRO
La société Volumic 3D, conceptrice
niçoise d’imprimantes FDM, a lancé
sa première machine en 2013. Dédiées
aux PME, TPE, artisans, bureaux d’études,
sociétés de prototypage, écoles et
particuliers, ces machines s’appuient
notamment sur la technologie Reprap.
La « Stream Pro 20 » est une imprimante
de bureau multi-matériaux
et polyvalente.
Par Florian Berthelot, responsable CAO/3D chez
F3DF, Formation 3D France.
P
our ce premier numéro d’A3DM Magazine, la société F3DF (Formation 3D France) a testé l’imprimante 3D Stream 20 Pro, de Volumic 3D. Entreprise entièrement dédiée à la 3D, F3DF répond
aux besoins d’un public de professionnels souhaitant se former
et s’informer sur les évolutions du monde de la 3D : modélisation,
rendu, animation, numérisation et impression 3D. Son expérience
dans le domaine offre un regard spécialiste sur cette machine de
bureau.
Mise en route
À la livraison du colis fourni par Volumic 3D, nous y déballons l’imprimante, ainsi qu’un câble USB, un câble d’alimentation, une carte
SD, un lecteur multi-cartes, un plateau de verre et divers outils de
maintenance : scalpel, clés allen, aiguille de débouchage des buses,
clé, pinces ainsi que de la laque 3D en spray. Une fois tout le matériel
exposé sur le bureau, nous nous attaquons au manuel d’utilisation
et à l’installation du logiciel Repetier Host.
A3DM magazine
n°1 35
TEST
CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DE L’IMPRIMANTE
STREAM 20 PRO DE VOLUMIC 3D
Dimensions machine : Volume d’impression : Étalonnage du plateau : Résolution : Précision X & Y : Précision Z : Technologie : Vitesse : Matériaux : Diamètre du filament : Diamètre extrudeur : Système : Connectivité : Type de fichiers : 43 x 46.5 x 43,5 cm (L x l x h)
20 x 20 x 24 cm (L x l x h)
semi-automatique
25 – 280 µ (micron)
60 µ
6µ
extrusion
50-100 mm/s
PLA, ABS, NinjaFlex, Nylon,
PET, PVA, HIPS, PLA Chargé …
1,75 mm
0,4 mm ou 0,25 mm
Windows, Mac, Linux
SD Card et USB
Gcode
L’imprimante 3D Stream 20 Pro est livrée avec le
logiciel de tranchage Repetier Host ainsi que les
fichiers de configuration pour Slic3r. Il est possible de trouver sur le site Internet de Volumic
3D d’autres fichiers de configuration pour utiliser
un autre logiciel de tranchage comme Cura ou
Simplify3D. Pour une même pièce, le résultat de
l’impression sera de meilleure qualité lorsqu’il est
divisé par le logiciel payant Simplify3D. Pour un
logiciel gratuit, favorisez plutôt Cura qui est une
bonne alternative au sein duquel le tranchage est
mieux géré que celui de Slic3r.
Il faut maintenant s’attaquer à la mise en route et
à l’étalonnage de l’imprimante 3D. Cette étape est
assez simple à réaliser. Il faudra faire attention à
bien couper le file pour le chargement d’une nouvelle bobine. Il est possible que ce dernier bloque
un peu. Le support bobine est réglable pour fonctionner avec toutes les tailles, même s’il pourrait
être amélioré en optimisant sa stabilité pendant
l’impression. Le panneau de contrôle est simple
et agréable à utiliser. Son interface est disponible
en français et sa navigation très intuitive. La sélection d’action se fait avec un seul bouton en «
tourner/cliquer ». La tête d’impression est équipée
d’un capteur de filament. L’impression se met en
pause lorsqu’il n’y a plus de filament. Pour relancer la machine, il suffit d’en charger un nouveau.
Afin de réussir une bonne impression, nous vous
conseillons d’étalonner au mieux votre plateau et
de le recouvrir de laque (laque fournie avec l’imprimante) ou d’un film adéquat pour votre matériau d’impression. L’étalonnage est semi-automatique. Le gap est automatique, alors que le niveau
est manuel. L’imprimante 3D peut être branchée
directement par USB sur un ordinateur pour faciliter le déplacement des axes pendant le process
d’étalonnage.
Premières impressions
Après plusieurs objets imprimés, notre retour est
plutôt positif. La qualité générale d’impression est
très bonne, même si les résultats sont différents
en fonction du logiciel de tranchage utilisé. Nos
premières impressions ont été découpées à l’aide
de Repetier Host et de Slic3r. Le résultat n’était pas
optimum. Du coup nous avons changé pour Cura
et nous avons pu constater une nette différence
de résultat.
le panneau de contrôle est simple
et agréable à utiliser.
la navigation intuitive.
36
A3DM magazine
n°1
TEST
Nous avons imprimé une turbine composée de plusieurs pièces trouvées sur le site Thingiverse (photos ci-dessous). Cette impression a
été réalisée en ABS. Les pièces ont un très bon état de surface et
la qualité de l’assemblage est bonne. Nous avons aussi, pour tester cette machine, réaliser un projet de micro-filtre, découvert sur le
salon 3DPrint, cette année. Il s’agit d’un treillis de 0,3 mm imprimé
en PLA avec une buse de 0,25 mm. Ce test montre la capacité de la
machine à descendre à une échelle de 15 microns. Le résultat obtenu
avec l’imprimante 3D Stream 20 Pro est surprenant. Elle est l’une
des imprimantes FDM les plus précises que nous ayons testé jusqu’à
aujourd’hui.
Aéromodélisme
Pour compléter ce test, nous avons rencontré René Lempereur qui
produit des plans et des maquettes d’avions équipés de réacteurs.
Pour réaliser son travail d’aéromodélisme, il utilise des imprimantes
3D Volumic. Son métier a été bouleversé par l’arrivée de la fabrication additive qui a remplacé l’usinage. L’impression 3D a transformé
sa manière de travailler. Depuis 40 ans, il dessine ses plans CAO et
produit ses pièces. Aujourd’hui, il répond à des demandes comme
celui d’un projet actuel de drones en Europe. Il réalise aussi des projets de modélisme personnels comme l’on retrouve sur son site Internet (http://plans-aero.lempereur.pagesperso-orange.fr/).
Avec près de 600 heures d’utilisations, dont la production de pièces
pendant 40 heures, l’imprimante 3D Volumic de René n’est jamais
tombée en panne. Et si un problème se pose avec la machine, Volumic est une « société française, ce qui permet de contacter directement le fabricant ». René est très satisfait de son imprimante, principalement, pour ses qualités techniques. « Il s’agit de l’une des rares
machines possédant un plateau de 200 mm (ou 300 mm) sur 250
mm. Alors que la plupart des autres machines ont des petits plateaux
de 200 mm sur 120 mm. Il est aussi la possibilité
de chauffer le lit à des températures élevées. Vous
pouvez également utiliser tous les fils vendus, du
PLA comme de l’ABS. Généralement, ces machines
sont très limitées. Enfin, Volumic a conçu une machine où tout est ouvert. »
La société française Volumic 3D propose, avec
l’imprimante 3D Stream 20 Pro, une machine multi-matériaux de bureau aboutie. Multi-usages,
précise et complète au niveau des réglages, elle
conviendra aux bureaux d’études et service R&D
des designers pour du prototypage ou de l’outillage rapide mais aussi aux architectes et autres
professionnels souhaitant, par exemple, valider
des formes ou concepts. Si nous aurions aimé un
système de plateau plus abouti, nous avons particulièrement apprécié la finition du produit, sa stabilité, sa possibilité de gérer plusieurs matériaux
et différentes tailles de filaments, le capteur de
fin de filament et la modification des réglages en
cours d’impression.
PRIX : 3 420 € TTC
(2 850 € HT)
cette turbine a été imprimée en abs.
les pièces ont un bon état de surface.
A3DM magazine
n°1 37
RENCONTRE
LA FABRICATION
ADDITIVE EN FRANCE
Faut-il prendre le virage ?
Derrière les acteurs directement impliqués dans la
fabrication additive, comme les fournisseurs ou les
sous-traitants, d’autres protagonistes jouent un rôle
clé pour aider cette technologie à se développer et
accompagner les sociétés. Pour cette première rubrique Rencontre, nous avons donc choisi d’ouvrir
nos colonnes à des acteurs en périphérie du marché
de l’impression 3D, mais qui y portent un regard
éclairé et dont les rôles sont essentiels. Les entreprises doivent-elles prendre le virage de la fabrication additive ? Comment peuvent-elles être accompagnées dans ce passage ? Les institutions que nous
avons rencontrées investissent dans cette technologie financièrement ou par l’accompagnement afin de
lui permettre de se développer.
Propos recueillis par Gaëtan Lefèvre.
38
A3DM magazine
n°1
RENCONTRE
Dominique Boudin
Chambre de commerce et d’industrie de France
La Chambre du commerce et de l’industrie (CCI) est une structure
de développement économique dont la tâche est d’aider les
territoires. Elle mène depuis plusieurs années des missions d’aides
aux entreprises en les accompagnant au quotidien. Au sein de la
région Nord-Pas-de-Calais, les quatre chambres territoriales ont
développé et créé le Club impression 3D et fabrication additive.
Rencontre avec Dominique Boudin, l’initiatrice de ce club.
Dominique Boudin est responsable du service innovation et économie numérique à la Chambre du commerce et d’industrie (CCI) du Grand-Lille. À l’origine
du Club impression 3D et fabrication additive en
Nord-Pas-de-Calais, elle en est la coordinatrice et la
responsable au niveau régional.
Qu’est-ce que le Club impression 3D et fabrication
additive au sein de CCI ?
Les chambres de commerce et le conseil régional en
Nord-Pas-de-Calais portent un très gros projet, « la
troisième révolution industrielle Nord-Pas de Calais ».
Ce projet a pour objectif de muter le territoire et de
l’entraîner dans la nouvelle économie, dans la transition énergétique, etc. Dans ce cadre, nos élus ne
veulent pas se contenter de belles paroles et souhaitent mettre en place des actions. L’année dernière, en mars 2014, ils avaient demandé à chacune
des chambres de réaliser des actions sur une semaine,
« la semaine de la troisième révolution industrielle ».
Je suivais déjà de très près l’impression 3D. Au sein
d’un service d’innovation et d’économie numérique,
je réalise beaucoup de veille. Je suis allée, en 2013, sur
plusieurs salons dédiés à cette technologie. J’ai donc
organisé une conférence d’1h30 sur les enjeux de
l’impression 3D pour les entreprises. Une soixantaine
d’entreprises sont venues. Et lorsque les dirigeants
ont découvert l’impact probable qu’aurait l’impression 3D sur leurs entreprises et les grands enjeux qui
se profilaient, ils ont souhaité poursuivre leurs actions
d’information et de formation dans ce secteur. Voici
comment est né le club. Il est né d’entreprises souhaitant aller de l’avant et prendre le virage au bon
moment.
Une fois le club lancé, il a fallu définir son positionnement et ses missions. Nous avons proposé aux quatre
autres chambres de la région de s’associer avec nous
afin que le club soit immédiatement régional. Les
entreprises intéressées ne se limitaient pas au GrandLille. Ce club devenait ainsi plus fort et permettait un
travail en réseau avec les CCI.
A3DM magazine
n°1 39
RENCONTRE
la fabrication additive
est un secteur en
émergence, en plein
bouillonnement.
D’autres régions ont-elles développé ce genre de club ?
Non, il n’y a pas d’autres clubs en tant que tel, aussi structuré dans son action et dans le nombre d’adhérents. Cependant, d’autres régions comme
les Ardennes possèdent des pôles de compétitivité tournés vers la fabrication additive. En d’autres termes, nous sommes les premiers à avoir lancé
ce type d’initiative. Nous aimerions bien qu’il y en ait plus.
Quelles ont été les actions du club pendant cette année ?
Depuis le lancement, 369 personnes se sont inscrites au club. Nous avons
organisé 12 conférences avec près de 1 000 participants. Nous avons aussi
organisé 2 visites, avec 45 dirigeants et cadres, dans le centre Sirris. Ce
dernier est la plus grosse plateforme de recherche autour de la fabrication additive en Europe. Ce centre est basé près de Liège, en Belgique.
Nous accompagnons, aujourd’hui, une trentaine de projets. Nous avons
aussi édité le premier annuaire des compétences en impression 3D dans le
Nord-Pas-de-Calais. Cet annuaire regroupe 60 compétences de la région.
Vous pouvez le retrouver sur notre site web : www.clubimpression3d.fr.
Nous aimerions l’élargir, l’année prochaine, avec la Picardie. Les partenariats sont nombreux et divers. Nous avons, par exemple, un partenariat avec un pôle d’excellence sur le BTP avec qui nous avons organisé,
40
A3DM magazine
n°1
RENCONTRE
le 1er décembre dernier, une grande conférence sur
l’impression 3D dans le BTP. Nous avons aussi des partenariats très étroits avec des écoles : EDHEC, SKEMA
mais aussi des écoles d’ingénieurs.
Il s’agit d’un club très ouvert. D’ailleurs, un tiers de
nos membres sont des sociétés industrielles et de service qui ont des usages dans la fabrication additive,
un tiers sont des prestataires de services, comme des
fabricants de machines ou de matériaux, et un tiers
regroupe des écoles, des laboratoires et des pôles de
compétitivité et d’excellence. Notre rôle est de fédérer les acteurs pour faire émerger des projets. Nous
essayons aussi de rapprocher des prestataires entre
eux afin d’offrir de vrais services, notamment à des
sociétés industrielles. Nous avons deux membres du
club, une start-up et une société en plasturgie, qui
viennent de créer un GIE (groupement d’intérêt économique). Ils vont ouvrir une plateforme contenant
des machines afin de travailler pour le monde industriel. Aujourd’hui, il nos manque des infrastructures
et des plateformes permettant de fabriquer des
pièces, des prototypes… Enfin, grâce au club, nous
avons réussi à fédérer un écosystème. Maintenant, il
faut inciter les usages et l’offre de services au niveau
des industriels.
Où en est la fabrication additive, aujourd’hui,
en France ?
La fabrication additive est un secteur en émergence
qui va offrir du potentiel de développement. Si nous
entendons, de plus en plus, parler de cette technologie, elle n’est pas encore très visible dans les productions. Certains domaines avancent rapidement comme
l’aéronautique, entraînés par de grands groupes tels
qu’EADS, Airbus, Safran ou Thales. Le secteur de l’automobile est en train de bouger. Le domaine du transport avance vite. Les secteurs de la lunetterie et de
la bijouterie travaillent, de plus en plus sur le sujet.
Nous sommes en plein bouillonnement. Aujourd’hui,
cette technologie ne représente pas grand-chose dans
le PIB de la France. Mais je pense que d’ici quelques
années, dans les 5 ans à venir, elle va fortement se
développer.
France, nous avons plus le culte du secret. PSA, notamment, a de vrais projets qu’ils expérimentent avec
la société Materialise, en Belgique. Notre objectif est
aussi que les PME y trouvent leur compte. Ce sont les
grands groupes qui tirent les PME. Le secteur est en
émergence. Notre parc de machines représente 3 %
du parc de machines d’impression 3D derrière l’Italie et l’Allemagne, et très loin derrière l’Amérique
du Nord. Mais, les entreprises ont envie de s’équiper.
C’est bon signe ! En France, on est toujours un peu
lent au démarrage. Le tout est de se lancer. Le personnel des quarante-cinq entreprises qui ont visité Sirris,
imagine très bien comment utiliser cette technologie.
Lorsque nous montrons le potentiel de cette technologie, les dirigeants comprennent bien son intérêt.
Il faut montrer et démontrer pour donner envie de
faire. Les grandes questions que se posent les entreprises concernent les usages. Qu’est-ce que nous pouvons en faire ? Nous devons faire preuve d’innovation
et de créativité. Nous devons l’expérimenter en mode
ouvert avec un fablab ou une école d’ingénieurs.
Même si les entrepreneurs ne sont pas toujours habitués à ce genre d’exercice.
En 2016, des sociétés vont proposer des pièces fabriquées en impression 3D et des projets extrêmement
intéressants. Par exemple, une jeune société vient de
s’installer en région nord et propose une offre de fabrication avec une machine dédiée au titane. Grâce au
développement de ces entreprises, la demande augmentera.
Donc le futur est prometteur ?
Il faut que des projets se développent. Dans le NordPas-de-Calais, certains, portés par de grandes sociétés
notamment dans la grande distribution, émergent.
Mais, des sujets d’expérimentation doivent être imaginés. Cette technologie doit devenir mature. Dans le
secteur de l’automobile, l’Allemagne me semble en
pointe puisque Opel passe des accords avec 3D Systems et BMW travaille aussi cette technologie. L’Allemagne avance. Ils communiquent beaucoup. En
A3DM magazine
n°1 41
RENCONTRE
Émilie Garcia
Bpifrance, Banque publique d’investissement
La Banque publique d’investissement, Bpifrance, accompagne et
soutien les entreprises dans leur besoin de financements à toutes
les étapes de leur projet. Elle intervient dans des secteurs d’avenir
comme les écotechnologies, les biotechnologies et le numérique,
mais aussi dans l’ensemble des filières industrielles et de service.
Depuis sa création, il y a deux ans, elle porte un regard très attentif
sur la fabrication additive, comme technologie d’avenir. Rencontre
avec Émilie Garcia, Direction de l’innovation.
Émilie Garcia est responsable sectorielle Industries au
sein de la Direction de l’innovation. En octobre 2014,
Bpifrance a organisé les « rencontres stratégique/
innovation » dédiées à la fabrication additive et à
l’impression 3D. Un marché particulièrement surveillé
par la Banque publique d’investissement.
Quelle a été la rencontre de Bpifrance
avec la fabrication additive ?
Dans le secteur industrie et innovation, nous échangeons en permanence avec les entreprises sur leurs
technologies d’innovation. Notre rôle est de repérer
les sujets porteurs et d’accompagner les entreprises
sur ces marchés. Depuis deux ans, la fabrication additive a gagné en visibilité, notamment grâce à des brevets tombés dans le domaine public. Aujourd’hui, en
plus d’aborder son utilisation dans le prototypage et
l’outillage, les experts abordent la production directe.
Cette technologie est une réelle source d’innovation
en termes d’outils de production. Bpifrance observe
l’innovation technologique sous l’angle technique :
les procédés, les machines, les matériaux... mais aussi,
toute une partie non technologique : les nouveaux
métiers, les sites de production, etc. Suite à cela, nous
avons revu notre stratégie. Nous avons organisé une
journée « rencontres stratégique/innovation » sur la
thématique de l’impression 3D avec pour objectif de
regrouper les acteurs de la filière. Les start-up, les PME
et les grands groupes mais aussi les académiques et
42
A3DM magazine
n°1
les pôles de compétitivité qui n’ont pas la possibilité
de se rencontrer au niveau national. Cette journée a
permis d’initier le mouvement, de favoriser les prises
de contact et de faire émerger des projets.
Quel sera votre rôle dans ce secteur ?
Notre rôle est d’accompagner les acteurs. Nous essayons d’être un catalyseur et un « entremetteur »
pour aider les entreprises. Nous sommes également
un financeur au travers d’Aides à l’innovation (AI) et
des prêts financiers, ainsi que des collaborations plus
ambitieuses comme les Projets structurants pour la
compétitivité (PSPC) ou les Projets industriels d’avenir
(PIAVE) qui sont des projets collaboratifs. La Bpifrance
peut aussi prendre des participations d’entreprises
RENCONTRE
comme on l’a fait sur le secteur de l’impression 3D,
avec le groupe Gorgé, propriétaire de Prodways, dans
lequel nous avons pris des parts.
Comment sélectionnez-vous ces entreprises ?
Les critères sont très précis. Ils dépendent du type
de financement : prêts, des aides à l’innovation ou
investissement en fonds propres. Évidemment, la
stabilité financière est essentielle. Au sein du projet, nous allons regarder le potentiel du marché mais
aussi le business plan de la société, etc. Les critères
sont aussi différents si l’on parle de start-up, de PME
ou de grands groupes. Les projets d’Aides à l’innovation portent sur des projets particuliers. Le caractère
innovant du projet est essentiel, et donc le chiffre
d’affaires qui sera généré. Nous cherchons avant tout
l’innovation, qu’elle soit technologique ou de « nouvelle génération » comme des nouveaux process ou
encore des stratégies marketing. La fabrication additive, par exemple, ne concerne pas uniquement les innovations technologiques mais elle entraîne aussi des
changements d’organisation au sein de l’entreprise.
Avez-vous déjà accompagné un projet dans le
secteur de l’impression 3D ?
En 2014, nous avons accompagné la société Prodways,
une solution d’accompagnement et de fincancement
des entreprises de la filière européenne.
Pensez-vous que les entreprises, TPE et PME
comprises, doivent prendre le virage aujourd’hui ?
Oui, elles peuvent et elles doivent ! Il s’agit d’un message que nous souhaitons transmettre. Avec tous
les avantages que possèdent cette technologie, il
faut que les entreprises s’y intéressent et prennent
conscience de ce qu’elle peut leur rapporter. Évidemment, selon les technologies, l’investissement ne sera
pas le même. Nous voyons de plus en plus d’initiatives
dans ce domaine.
brique News). Des entreprises comme le joint-venture
Michelin/Fives rentrent également dans ce secteur. De
gros industriels français prennent ainsi les devants,
également des start-up comme Sculpteo et Beam.
Cela est une très bonne chose même si la France n’est
pas en avance pas rapport à d’autres pays.
Les enjeux sont différents selon les secteurs. En
termes de croissance et d’emploi, si l’on veut avoir
des entreprises compétitives, il faut clairement avoir
une avance technologique. Il existe évidemment un
enjeu technologique. Il peut aussi y avoir un enjeu de
relocalisation de production. Ramener en France des
productions de petites et moyennes séries et ne plus
forcément délocaliser à l’étranger comme c’était le
cas. Les enjeux environnementaux sont aussi, de plus
en plus, à prendre en compte afin de diminuer les
coûts des transports, la consommation de matières et
ainsi les déchets. Enfin, il y a aussi des enjeux humains
au travers des nouveaux métiers qui se créent. Cette
technologie va changer nos habitudes et les compétences au sein des entreprises.
Quels sont les changements à venir ?
Côté plastique et résine, la technologie est déjà bien
installée. L’avenir porte sur la fabrication additive
métallique, notamment comme production directe.
Comment allons-nous transformer cette technologie
en outil industriel ? Il s’agit d’un réel enjeu. Il faut clairement continuer à travailler en R&D pour avoir des
machines plus compétitives, notamment en termes
de cadence, mais aussi pour proposer de nombreux
matériaux.
Pouvez-vous aider les entreprises
dans cette démarche ?
Quels sont, aujourd’hui, les enjeux de cette
technologie sur le marché français ?
Beaucoup d’initiatives se créent. Par exemple, le
groupe Gorgé a ouvert une division dédiée à l’aéronautique qu’ils ont lancé fin novembre (voir la ru-
Source : bpifrance
Nous menons des actions de sensibilisation aux enjeux de cette technologie mais ce n’est pas vraiment
notre rôle. Notre rôle reste l’accompagnement ainsi
que la proposition d’outils de financement lorsqu’ils
ont déjà structuré leur projet. Une entité type l’AFPR
serait plus vouée à cela.
A3DM magazine
n°1 43
RENCONTRE
Philippe Heinrich, François
Parry & Pascal Seguin
MEDEF
Le MEDEF Côte-d’Or représente les entreprises pour les questions
interprofessionnelles d’ordre économique, social et sociétal. Parmi
ses missions, il accompagne les dirigeants dans le développement
de leurs entreprises. La fabrication additive prenant une place
importante dans les chaînes de fabrication, elle s’est intégrée aux
sujets de discussion de l’organisation patronale. Rencontre avec
trois membres actifs.
Depuis un peu plus d’un an, avec la naissance du Pôle
économie numérique, le MEDEF s’intéresse à la fabrication additive. Ses membres nous présentent son
engagement. Pascal Seguin est coordinateur du Pôle
économie numérique du MEDEF Côte-d’Or. Philippe
Heinrich est consultant en nouvelles technologies,
innovation & systèmes d’information, membre du
Pôle économie numérique du MEDEF Côte-d’or et dirigeant de la société PREFERENCE 3D. Enfin, François
Parry est gérant d’Infoproject et président Pôle économie numérique du MEDEF Côte-d’or. Il supervise le
dossier impression 3D pour l’organisation patronale.
Comment le MEDEF perçoit-il la fabrication
additive ?
Philippe Heinrich : Le MEDEF Côte-d’Or est le relais
du MEDEF national. Il regroupe un ensemble d’entreprises adhérentes dont une partie travaille dans le secteur du numérique. Certains acteurs sont en contact
direct avec la fabrication additive, comme fabricants
ou utilisateurs. Cette technologie concerne de plus en
plus d’entreprises. Elle en vient forcément,aux oreilles
du MEDEF.
François Parry : Le Pôle économie numérique du MEDEF cherche à propager la « bonne parole ». Nous
abordons certaines thématiques ayant un intérêts
pour les adhérents. Nous cherchons aussi à faire avancer certains dossiers comme celui de la fabrication
additive.
Pascal Seguin : Le MEDEF National a été sensibilisé,
il y a quelques années, aux enjeux de la fabrication
additive. Plusieurs études ont montrées que la France
n’était pas spécialement en avance par rapport à
d’autres pays. Or, un des rôles du MEDEF est d’être
le relais des enjeux de tels processus industriels. Nous
devons présenter aux adhérents les avantages et les
bénéfices de cette technologie. Par exemple, le 15
mars 2016, pour la « Semaine de l’industrie », nous
organisons un forum dédié à l’impression 3D, à Dijon.
Cet après-midi sera organisé autour de témoignages,
44
A3DM magazine
n°1
RENCONTRE
d’échanges et de démonstrations sur la fabrication
additive. Nous aimerions que ce type de forums puisse
être décliné dans d’autres régions.
Comment le MEDEF s’engage-t-il auprès
de ces acteurs ?
P.S. : Le MEDEF propose plusieurs choses. Tout d’abord,
un accompagnement sous forme d’informations,
les « 60‘ ». Un expert vient parler d’un sujet, durant
60 minutes, à des entrepreneurs. Ensuite, nous proposons des accompagnements sous forme d’événements
comme le « forum 3D ». Ces accompagnements sont
des moyens très efficaces de mise en relation entre
les différents acteurs. Nous organisons aussi des visites
d’entreprises dédiées à la fabrication additive.
F.P. : Un de nos rôles est d’aiguiller les entreprises
vers les enjeux du futur. Nous devons annoncer à nos
adhérents les sujets qu’ils doivent s’approprier. Nous
sommes, à ce niveau-là, des relais d’informations.
P.S. : Le MEDEF permet aussi de regrouper et partager
les retours d’expérience. Nous les communiquons vers
les entreprises qui en ont besoin, notamment dans le
domaine du prototypage ou de l’outillage qui sont
des domaines principaux de l’impression 3D, en Bourgogne-Franche-Comté. Nos adhérents ont besoin de
ces informations basées sur une expérience concrète,
d’échanges entre utilisateurs.
Le MEDEF encourage-t-il les entreprises à franchir
le pas ?
P.S. : Nous les incitons les sociétés à s’interroger, à se
poser des questions sur l’intégration de la fabrication
additive dans leur réflexion stratégique. Nous les aidons aussi à se renseigner sur le sujet.
Quels secteurs vous sollicitent le plus vis-à-vis de
cette technologie ?
P.S. : Métallurgie. Alimentaire avec le pôle d’excellence Vitagora, très présent en Bourgogne-FrancheComté. En fait, l’ensemble des secteurs cherche à s’informer. Par exemple, l’agroalimentaire regroupe aussi
l’emballage et l’outillage industriel.
Quel bilan pouvez-vous faire de cette année ?
F.P. : De plus en plus d’entreprises sont intéressées par
la fabrication additive au niveau national comme au
niveau régional, et dans tous les secteurs. Le sujet est
porteur de questions. De nombreuses réunions et événements se développent. Ce ne sont plus uniquement
les ingénieurs qui s’y intéressent pour leur curiosité
personnelle. Il y a une mobilisation au niveau des directions générales, au niveau des directions industrielles
qui est beaucoup plus forte. Le MEDEF s’intéresse aussi
à la place de la France au niveau national et bien sûr,
à la place de la Bourgogne-Franche-Comté par rapport
aux autres régions. Quels sont les moyens de rivaliser
avec les régions et les pays qui ont pris de l’avance sur
le développement de cette technologie?
P.S. : Quels que soient la région ou le pays, ce secteur a besoin de coordination. Nous percevons trop
d’exemples de manifestations qui s’organisent, sans
être de véritable relais de communication. Nous avons
souhaité nous adosser à la « Semaine de l’industrie »,
une mobilisation nationale avec des relais en région,
pour donner plus de visibilité à ce « forum 3D ».
P.H. : Nous observons une nouvelle dimension, celle
de passer de l’intention à l’action. Les demandes sont
importantes de la part des adhérents, sur les retours
d’expérience par exemple. Pour le MEDEF, il est essentiel de vulgariser et démystifier cette technologie pour
l’intégrer dans les processus de fabrication, quels que
soient les secteurs d’activité. Le champ d’application
de cette technologie est uniquement limité par notre
réflexion.
A3DM magazine
n°1 45
PROJET R&D
LA COMMISSION EUROPÉENNE
UN SOUTIEN DE POIDS
La recherche et l’innovation représentent l’épine
dorsale des projet de développement de l’industrie
européenne. Les gouvernements nationaux européens
et la Commission européenne (CE) soutiennent l’essor
de la fabrication additive. Des ressources sont allouées
à l’évolution et l’expansion de cette technologie.
Coup d’œil sur les projets de la CE.
Par Giorgio Magistrelli, expert AM,
gestionnaire d’entreprise et projet.
L
a Commission européenne est un soutien
de poids pour le développement de la fabrication additive. Elle s’est engagée auprès
de différents acteurs et a financé de nombreux
projets. A3DM Magazine s’intéresse aux projets passés, présents et futurs liés à la fabrication additive
et soutenus par la Commission européenne.
Les analyses par nations seront traitées dans de
futures publications.
Trente ans de soutien
Lorsque la fabrication additive était encore appelée « prototypage rapide », la Commission européenne a commencé à assigner des ressources
financières à cette technologie. Tout a commencé
lors du premier programme cadre. Le FP1 dure de
1984 à 1987 et porte sur le développement spécifique des projets de prototypage rapide de scan
laser de polymères, Laser Scanning of Polymers.
De nombreux autres programmes, au préfixe FP,
ont suivi. De 1988 à 2013, ils assurent un soutien
continu au développement de cette technologie
jusqu’au septième programme qui couvrira de
2007 à 2013. Ce dernier finance plus de 60 projets
de fabrication additive avec plus de 160 millions
€ investis par la CE inclus dans un budget total
d’environ 225 millions €.
46
A3DM magazine
n°1
PROJET R&D
La fabrication additive de FP3 au FP7
(1991-2013)
PROGRAMME CE
FP 3
FP4
FP5
FP6
FP7 IDEAS ERC
FP7 NMP
FP7 ICT
FP7 PEOPLE
FP7 SME
FP7 TRANSPORT
FP7 INCO
FP7 JTI
FP7 KBBE
FP7 SIS
TOTAL
NOMBRE DE PROJETS
4
8
3
12
3
34
2
8
5
1
1
5
1
1
88
industrielle est issue de la mécanisation entraînée par la puissance
de la vapeur. La deuxième a utilisé l’énergie électrique et conduit
à la production en série. La troisième a été basée sur l’automatisation de la production permise par l’électronique et l’informatique.
La quatrième révolution industrielle est, quant à elle, guidée par
Internet et, plus précisément, par la combinaison spécifique des
mondes virtuels et réels, aussi appelée « Internet des Objets » (IdO
ou IoT, Internet of Things). L’« Industrie 4.0 » couvre la fabrication,
les services et le design industriel. Ce programme allemand met en
évidence une production industrielle caractérisée par une forte personnalisation des produits, avec de larges productions en série et
des interactions croissantes entre les clients et les producteurs. Les
services proposés sont de qualité et entraînent une croissance des
produits dits « hybrides ». Le programme est soutenu par le développement de la recherche sur les nouveaux produits.
Source : DG RTD-CE DG Recherche et Innovation
Au cours de l’année 2014, vingt-trois projets liés
à la fabrication additive ont été financés dans le
cadre Horizon 2020. Un financement de la Commission européenne de l’ordre de 50 millions €
a été apporté dans un budget total d’environ 57
millions €. En juillet 2015, cinq projets ont été
financés avec un soutien de l’Union européenne
de 27 millions € pour un budget total d’environ
31 millions €.
Comprendre l’environnement
Les projets de la Commission européenne
semblent souvent très compliqués à aborder, en
particulier aux petites et moyennes entreprises
qui pourraient nécessiter un soutien financier
pour développer de nouveaux matériaux et de
nouvelles technologies. A3DM Magazine vous
livre quelques clés pour vous familiariser avec
les terminologies et les concepts de la Commission, pour mieux explorer les possibilités, ses programmes et le soutien offert par cette dernière.
Industrie 4.0
L’initiative allemande « Industrie 4.0 » est liée à la
quatrième révolution industrielle. Initiée, dans un
premier temps, par un groupe de travail transdisciplinaire mis en place en 2010, les industries allemandes sont accompagnées et soutenues par le
gouvernement national. La première révolution
l’« industrie 4.0 » met en évidence une production à forte
personnalisation des produits et une interaction entre
clients et producteurs.
« Internet des objets »/Internet of Things
Le programme « Internet des objets » (IdO) projette la fusion des
mondes physiques et virtuels en créant des « environnements intelligents ». Ces derniers ont pour objectif d’améliorer la vie des citoyens
de l’Union européenne. L’IdO est directement pris en charge par la
Commission européenne. Il représente la prochaine étape vers la
numérisation de notre société et de l’économie, dans laquelle les
objets et les gens sont interconnectés par des réseaux de communication. L’IdO peut également offrir des avantages directs à l’économie européenne en générant une croissance et des opportunités
d’emplois. Selon une étude récente de la Commission européenne,
la valeur de marché de l’IdO dans l’UE devrait dépasser 1 trillion €
en 2020.
A3DM magazine
n°1 47
PROJET R&D
Part des brevets (%)
60
Balance commerciale (%)
Part dans l’exportation (%)
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
60
Amérique du Nord
50
Europe des 28
Asie de l’Est
40
Source : patstat database - zew
calculation & un comtrade
database - niw calculation.
30
20
10
0
‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10 ‘11
-10
‘07
‘08 ‘09
‘10
‘11
‘12
‘13
-20
‘07
‘08 ‘09
‘10
‘11
‘12
‘13
comparaison régionale dans
la fabrication additive.
KETs
L’acronyme KETs est lié aux « technologies habilitantes clés », Key
Enabling Technologies, c’est-à-dire les investissements et les techniques qui permettront aux industries européennes de conserver
leur compétitivité et de capitaliser sur de nouveaux marchés. KETs
se concentrent sur l’innovation d’un large éventail de produits et
de procédés dans tous les secteurs industriels, émergents et traditionnels. Ces clés sont essentielles pour résoudre les grands défis
sociétaux de l’Europe. La stratégie de l’Union européenne pour les
« technologies habilitantes clés » a été adoptée en 2012 et identifiée comme capitales pour l’avenir de la compétitivité de l’Europe.
Ces produits concernent les matériaux avancés, la nanotechnologie,
les micro – et nanoélectronique, la biotechnologie industrielle, la
photonique et les technologies de fabrication avancées (Advanced
Manufacturing Technologies, AMTs).
Depuis l’identification et l’inclusion des KETs dans l’agenda européen, une attention croissante a été accordée aux nouvelles technologies de fabrication, considérée comme ayant le potentiel pour
augmenter l’efficacité énergétique et la productivité industrielle,
améliorer les conditions socio-économiques mais aussi les performances environnementales de l’industrie européenne. Un groupe
de travail a rapidement été mis en place, en 2013, avec le but de
favoriser le développement et la commercialisation des technologies de fabrication avancées et des activités liées.
Selon le premier rapport annuel sur les KETs de la Direction générale du marché intérieur, industrie, entrepreneuriat et PME (EC DG
GROW), publié en mai 2015, l’Allemagne est en tête en matière de
technique, de production, de commercialisation et de chiffre d’affaires. Plus précisément, les chiffres d’affaires de l’Allemagne sont
plus élevés que la somme de tous les autres pays de l’UE combinés. Les Pays-Bas et l’Italie détiennent respectivement la deuxième
et troisième position pour la production et les exportations totales,
tandis que la France occupe la deuxième position sur les brevets et
les chiffres d’affaires. Dans le monde, l’Europe est à la tête pour
les brevets enregistrés et pour les exportations totales. Elle montre un excédent commercial élevé
et, en augmentation par rapport à l’Asie de l’Est
et l’Amérique du Nord. Au sein des technologies
de fabrication avancées (AMTs), la fabrication additive est directement relié à la « fabrication de
haute performance » et à son intégration potentielle dans de nombreuses chaînes de valeur.
PROCHAINS ÉVÉNÉMENTS LIÉS À
LA FABRICATION ADDITIVE
Aujourd’hui, la Commission européenne
a déjà confirmé certains événements liés
à la fabrication additive.
• 2 février 2016 – Événement de sensibilisation
sur la fabrication additive et l’impression 3D.
Exposition et conférence. CE DG RTD,
Place Rogier, 16 Bruxelles, Belgique.
• Avril 2016 – 17e réunion des parties
prenantes FA de AM Platform, Bruxelles,
Belgique (localisation à confirmer).
• 2 mai 2016 – Cluster internationale
sur la fabrication d’additive et l’impression 3D.
Barcelone, Espagne (localisation à confirmer).
• Octobre 2016 – Kick-off meeting du FoF
stratégique CSA-FOF5-2016. Bruxelles,
Belgique (localisation à confirmer).
EXEMPLES DE RÉUSSITE DANS LES PROJETS FINANCÉS PAR LA CE
Nom : PERFORMANCE
www.performance-fp7.eu
Financement de la CE : 3 M €
Budget total : 4 M €
Intérêt : impression 3D alimentaire
48
A3DM magazine
n°1
Champ d’application : L’idée principale du projet PERFORMANCE a été de
développer une chaîne d’approvisionnement alimentaire personnalisé pour
les personnes âgées ayant des problèmes de déglutition et/ou de mastication.
À la suite de ce projet, un concept global a été mis à la disposition du public,
permettant la fabrication et la fourniture de produits alimentaires personnalisés,
spécialement texturés et prêt-à-manger.
PROJET R&D
H2020
Horizon 2020 est le plus grand programme de recherche et d’innovation de l’Union européenne.
Avec un financement de près de 80 milliards € sur
7 ans (de 2014 à 2020), il vise à garantir la compétitivité globale de l’Europe par la création d’un
environnement favorable à l’innovation et facilitant le passage des idées en produits et services.
Il ambitionne également le renforcement de la
croissance de l’économie européenne et de l’emploi. La Commission européenne, les dirigeants
européens et les membres du Parlement européen
estiment que la recherche représente un investissement pour notre avenir et se concentrent donc
sur la recherche et l’innovation. Le but d’Horizon
2020 est d’encourager l’Europe à produire un niveau scientifique de classe mondiale, à supprimer
les barrières et faciliter les relations entre les secteurs publics et privés. Les possibilités de financement dans le cadre H2020 sont énoncées dans les
programmes de travail pluriannuels, couvrant la
grande majorité de l’aide disponible. Ils sont définis par la CE dans le cadre prévu par la législation
Horizon 2020, à travers un processus de programmation stratégique et l’intégration des objectifs
politiques prioritaires de l’UE ainsi que les consultations des parties prenantes acheminées par l’intermédiation des groupes consultatifs.
A3DM MAGAZINE VOUS LIVRE
QUELQUES CLÉS POUR COMPRENDRE
LE FONCTIONNEMENT
DE LA COMMSSION EUROPÉENNE,
ET PROFITER DE SON SOUTIEN.
Nom : CUSTOM-FIT
http://cordis.europa.eu/project/
rcn/74427_en.html
Financement de la CE : 9 M €
Budget total : 16 M €
Intérêt : Machine outils
Le but d’horizon 2020 est d’encourager
l’Europe à produire un niveau scientifique
de classe mondiale.
PPP
Les partenariats public-privé (PPP) sont d’une
importance stratégique pour l’industrie européenne. La Commission indique que les PPP mettront à profit plus de 6 milliards € d’investissements publics pour développer de nouvelles technologies, produits et services sous H2020, de 2014
à 2020. Ils visent à positionner l’industrie européenne comme leader sur les marchés mondiaux.
Ces PPP sont basés sur des stratégies pour les
activités de recherche et d’innovation qui sont le
résultat d’un processus de consultation ouvert et
ont été évalués par la Commission européenne
avec l’aide d’experts indépendants. Ils ont été mis
en œuvre à travers des appels d’offres ouverts
sous H2020. Le premier programme de travail
pour 2014-15 a indiqué un investissement de 1,45
milliard € pour huit PPP, dont les « usines du futur », Factories of the Future, communément indiqué avec FoF.
Champ d’application : CUSTOM-FIT vise l’intégration verticale dans la chaîne de valeur,
l’intégration horizontale par le transfert des connaissances d’un secteur industriel à
l’autre et la création d’emploi fondée sur la connaissance. Trois principales techniques
innovatrices sont développées : le système de conception automatisée pour le design des
produits Custom-Fit, le traitement des structures gradués de différentes compositions de
matériaux ainsi que la fabrication rapide et sur-mesure des produits Custom-Fit.
A3DM magazine
n°1 49
PROJET R&D
LES PROCHAINS APPELS
Nombreux sont les prochains appels à projets de la CE liés à la fabrication
additive. Nous conseillons à nos lecteurs d’aller régulièrement sur le
portail Internet du programme Horizon 2020.
PILOTS-01-2016 : Lignes pilotes pour la fabrication de matériaux
aux propriétés personnalisées thermiques et de conductivité électrique.
PILOTS-03-2017 : Lignes pilotes pour la fabrication de surfaces
nano-texturées avec des propriétés mécaniquement améliorées.
PILOTS-04-2017 : Lignes pilotes pour polymérique ou céramique
microfluidiques systèmes microélectromécaniques 3D imprimées
et/ou moulées par injection.
FOF-01-2016 : Nouvelles approches hybrides pour machines
de fabrication additive et soustractive.
FOF-05-2016 : Appui à la poursuite du développement de technologie
de la fabrication additive en Europe.
FOF-12-2017 : Innovation dans les TIC pour les PME manufacturières (I4MS) –
Innovation Action - iv. Conception numérique pour la fabrication additive.
FOF-13-2016 : Base-Laser Photonics production – Recherche et innovation
Actions - de « la conception à la pièce » – L’excellence en fabrication
industrielle additive à base de laser.
contrats de PPP pour les FoF seront construits sur
les succès des « usines du futur » du FP7. La stratégie pluriannuelle des FoF, pour la période 20142020, définit les techniques de fabrication à haute
valeur ajoutée qui seront propres, performantes,
respectueuses de l’environnement et socialement
durables.
Les PPP sont attendus pour fournir les techniques
nécessaires pour les futures usines durables et
pour soutenir le développement de la fabrication
additive, comme la « Additive Manufacturing
Platform » et la « ManuFuture European Technology Platform (ETP) ».
NMBP-22-2017 : Modèles d’affaires et des stratégies industrielles à l’appui
de nouvelles chaînes d’approvisionnement de produits-services innovants.
EUB-02-2017 : IdO pilotes – Manufacture intelligente : personnalisation –
Systèmes/Robot en fabrication additive.
TIC-22-2016 : Technologie pour l’apprentissage et les compétences –
Recherche et action pour l’innovation.
Call - 2016-2017 : Mobilité pour la croissance – AVIATION.
MG-1.1-2016 : Réduire la consommation d’énergie et l’impact environnemental de l’aviation.
MG-1.3-2017 : Maintenir le leadership industriel dans l’aéronautique.
MG-1.4-2016-2017 : Innovations de rupture.
MG-1.5-2016-2017 : Identification des lacunes, des obstacles
et des besoins dans la recherche de l’aviation.
PILOTS et NMBP
FoF et le FP7
En 2008, les partenariats public-privé (PPP) pour les « usines du futur » (FoF) ont été inclus dans le cadre du Plan européen de relance
économique. Les activités des PPP – financées dans le 7e programme
de l’UE pour la recherche – ont totalisé 150 projets de haut niveau
regroupant de grandes entreprises industrielles et des institutions de recherche dans toute l’Europe. Sous H2020, les nouveaux
Nom : BOREALIS
http://cordis.europa.eu/project/rcn/
193449_en.html
Financement de la CE : 6 M €
Budget total : 8 M €
Intérêts : Pièces de rechange pour
les machines et le prototypage
dans le développement produit.
50
A3DM magazine
n°1
À côté des appels d’offres indiquées sous l’acronyme FoF, il est également nécessaire de considérer les opportunités de projets appelées PILOTS,
similaires aux « lignes pilotes », et NMBP, soit
quatre « technologies habilitantes clés », comme
les nanotechnologies, les matériaux avancés, les
technologies de fabrication avancées – AMTs – et
la biotechnologie industrielle.
Champ d’application : le projet Borealis porte sur le dépôt de poudre dans la
fabrication additive et les processus d’ablation. La machine est caractérisée
par une structure redondante constituée par un grand portail et un petit PKM
permettant : la couverture d’une large place de travail, la configuration de buses
éjectives et une source laser hybride ciblant un taux de 2000cm3/h de dépôt et
30 secondes de temps de préparation. L’infrastructure du logiciel permet une
surveillance constante et l’adaptation en ligne du processus.
PROJET R&D
La plateforme de la fabrication additive
La plateforme technologique européenne de la
fabrication additive, communément appelée en
anglais AM Platform, est active depuis 2007. Elle
est une sous-plateforme de ManuFuture ETP et
une zone virtuelle gratuite. Fondée pour toutes
les parties prenantes actives dans la fabrication
additive, l’objectif est de contribuer à une stratégie cohérente avec le développement, la diffusion et l’exploitation des techniques. Elle met en
lien les partenaires pour les aider à sélectionner
les programmes de travail et les stratégies. Elle
réunit 405 intervenants de 29 pays, dont 299 (74
%) du secteur industriel tandis que 69 (17 %)
viennent des centres de R&D. La 16e et dernière
réunion de l’AM Platform a eu lieu en septembre
2015, à Bruxelles. Plus de 130 intervenants de 14
pays de l’UE, 4 pays associés et 8 pays non issus de
l’UE, y compris les États-Unis, l’Afrique du Sud, le
Mexique, Taïwan, le Japon, l’Arabie Saoudite et le
Canada, sont intervenus.
Des documents répertoriant les stratégies pertinentes liées au paysage de la fabrication additive
sont issues de ces rencontres comme : l’agenda
stratégique de recherche (SRA) sur la fabrication
additive 2014-2020, mis à jour en juin 2015, et la
stratégie pour la standardisation en fabrication
additive en collaboration avec le CEN-CENELEC,
l’ISO et l’ASTM, et rédigés dans le cadre du projet
FP7 de Coordination et action et de soutien (CSA)
appelé « SASAM ».
H2020 : programme de travail 2016 et 2017
Le programme H2020 offre de nombreuses possibilités de financement et en particulier les appels de 2016-2017, comprennant de nombreuses
opportunités pour la fabrication additive. Si le
programme de travail, Work Programme (WP),
2014-2015 a augmenté le nombre de sujets opérationnels en fabrication additive par rapport aux
années précédentes, le WP 2016-2017 sous le programme H2020 est bien plus ambitieux.
Nom : AMAZE (Additive Manufacturing Aiming
Towards Zero Waste & Efficient Production of
High-Tech Metal Products)
www.amaze-project.eu
Financement de la CE : 10 M €
Budget total : 18 M €
Intérêt : Aéronautique : réparation et parties
non structurelles pour avion. Automobile :
parties non structurelles.
Le programme H2020 pour 2016-2017 prend en charge trois priorités
stratégiques : l’« Open Innovation », l’« Open Science » et le « Being
Open to the World ». Il a été mis en œuvre à travers un programme
de travail de deux ans qui présente des possibilités de financement
par des appels d’offres. Le WP 2014-2015 a reçu des réponses très
positives avec de fortes demandes des communautés de recherche
et d’innovation. Les chercheurs et les innovateurs, l’industrie et les
universités ainsi que le secteur privé auront l’avantage de bénéficier
des stratégies de la Commission européenne.
Il est fondamental que les propositions relatives aux projets tiennent
compte des priorités spécifiques du WP : maximiser la valeur ajoutée
de l’UE, adresser et anticiper les tendances de la recherche et d’innovation à fort potentiel et au niveau mondial, ainsi que se focaliser
sur l’impact du développement et de la participation des industries
et des PME. Le programme intègre des nouveautés fondamentales comme la couverture complète de la recherche et des cycles
de l’innovation, la prise en considération des sciences humaines et
sociales, des questions de genre, du climat et du développement
durable, mais aussi l’amélioration de la coopération internationale
en mettant l’accent sur des domaines stratégiques, d’intérêt commun et de bénéfice mutuel.
SITES WEB UTILES
Horizon 2020 : https://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/
IOT : http://ec.europa.eu/digital-agenda/en/internet-things
KETs : https://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/en/area/
key-enabling-technologies
CORDIS : http://cordis.europa.eu
EC DG RTD : http://ec.europa.eu/research/index.cfm
EC DG GROW : http://ec.europa.eu/growth/
Participant Portal/Funding Opportunities and Support Services :
http://ec.europa.eu/research/participants/portal/desktop/en/
home.html
National Contact Points website :
http://www.nmpteam.eu/
Research Enquiry Service : http://ec.europa.eu/research/participants
/portal/desktop/en/support/research_enquiry_service.html .
Champ d’application : l’objectif de l’AMAZE est de produire de grands
composants métalliques en fabrication additive sans défaut (jusqu’à 2 mètres)
avec près de zéro déchets (réduction des coûts de 50 % pour les pièces
finies) répondant aux besoins des secteurs de haute technologie comme
l’aéronautique, le spatial, l’automobile, la fusion nucléaire ou l’outillage.
Les liens entre la composition de l’alliage, de la poudre/production de fil, le
traitement additif, l’évolution de la microstructure, la formation de défauts
et les propriétés finales des pièces métalliques sont également évalués.
A3DM magazine
n°1 51
PROJET R&D
LE PROJET MOSAIQUE
DEUX NOUVEAUX MATÉRIAUX
EN VUE POUR L’AÉRONAUTIQUE
des potentialités technologiques et économiques
très intéressantes en termes :
• de réduction des coûts, notamment par l’absence
d’outillage,
• de délais de réalisation de pièces mécaniques de
petites séries,
• de conceptions nouvelles de pièces : nouveau
« design », nouvelles fonctionnalités...,
• d’allègement de structures : matériaux architecturés multifonctionnels,
• et d’amélioration des propriétés mécaniques.
Le projet MOSAIQUE (Mise en Œuvre par fabrication
laSer de mAtériaux et archItectures avancés pour
l’aéronautiQUE) explore de nouveaux matériaux :
les fabriquer mais aussi démontrer que ceux-ci étaient
aussi performants en terme de résistance mécanique
que les matériaux issus des procédés classiques.
Ce défi, le consortium MOSAIQUE l’a relevé en
sélectionnant un matériau intermétallique à base de
titane et un superalliage
à base de nickel.
Par Marc Thomas, ingénieur chef de projet à l’ONERA.
L
’ONERA accompagne depuis de nombreuses années les entreprises aéronautiques et spatiales françaises dans la
recherche et le développement de matériaux
métalliques. Elle vise à la fois l’amélioration à isomasse des performances des matériaux existants
et l’exploration de nouveaux matériaux avancés. Il
s’avère que les procédés conventionnels souffrent
de limitations qui constituent, aujourd’hui, des
freins pour la fabrication de certains composants
aéronautiques. De plus, la conception doit remplir
des fonctions contradictoires, qu’un seul matériau
ne peut pas assumer. Ainsi, la fabrication additive de pièces métalliques « bonne matière » présentent pour les industriels du secteur aérospatial
52
A3DM magazine
n°1
Le consortium MOSAIQUE a été coordonné par
l’ONERA associée au centre des matériaux ARMINES, à l’École nationale d’ingénieurs de SaintÉtienne (ENISE), aux Arts et Métiers ParisTech et
à la société Poly-Shape. Il s’est concentré sur deux
défis. Le premier s’attache à la fabrication d’un
alliage intermétallique avec une bonne santé
métallurgique, le second à la fabrication de matériaux architecturés avec une bonne tolérance
dimensionnelle en utilisant un superalliage à base
de nickel.
Défi n°1 : matériau intermétallique
complexe via le procédé Direct Metal
Deposition (DMD)
Une étude paramétrique effectuée aux Arts et
Métiers sur environ 160 cordons (figure 1) a permis de définir les relations entre les paramètres du
procédé et le matériau intermétallique TiAl (voir
encadré). Nous avons ainsi établi qu’une puissance
élevée et un débit massique de poudre modéré
permettaient de limiter les contraintes résiduelles
et de réduire la tendance à la fissuration. En réalité, un élargissement du bain liquide va dans le
sens d’une diminution du risque de fissuration.
Ces mesures n’étaient toutefois pas suffisantes
pour supprimer toute fissuration.
Les efforts du consortium se sont alors focalisés sur
les divers moyens thermiques permettant d’atténuer les fortes vitesses de refroidissement du bain.
Ainsi, un préchauffage par laser défocalisé s’avère
être un paramètre clé pour réussir à ne pas fissurer
le matériau TiAl. Un post-chauffage réalisé à la fin
de la construction de chaque couche des murs est
PROJET R&D
L’INTERMÉTALLIQUE TiAl / L’ALLIAGE NIMONIC C263
L’intermétallique TiAl présente d’excellentes propriétés spécifiques à
chaud (densité 4). En revanche, son élaboration est difficile et chère et
sa ductilité est faible à température ambiante. La fabrication additive
de l’intermétallique TiAl était jugée particulièrement difficile en raison de sa sensibilité à la contamination par l’oxygène, d’une perte potentielle d’aluminium, et du risque de fissuration et de formation de
structures hétérogènes non compatibles avec les propriétés espérées.
également bénéfique. Le principe était de continuer à chauffer la matière en haut du mur par des
passes laser sans poudre, tout en montant progressivement la tête laser à chaque couche afin
de reproduire un refroidissement lent du mur. Au
final, une combinaison de précautions tels que le
chauffage à 300 °C du substrat, le recours à des
refusions initiales du substrat et à un post-chauffage, a été déterminante pour éliminer les fissures
à l’interface avec le substrat et augmenter l’adhésion [1]. L’outil idéal a finalement été de choisir
une seconde source laser afin de pouvoir à la fois
préchauffer le substrat, maintenir le matériau
chaud durant la construction, et assurer, si besoin
est, le post-chauffage pour garantir un refroidissement lent (figure 2).
Suite à un choix adapté de post-traitements thermiques visant à homogénéiser la structure, des
essais de traction ont été réalisés à partir d’éprouvettes prélevées dans des échantillons massifs. En
comparaison des résultats de traction en fonderie
conventionnelle pour le même alliage, nous avons
constaté une très faible dispersion des résultats.
De plus, une ductilité de près de 2 % à température ambiante a pu être obtenue, un maximum
pour ce type de matériau. L’objectif a donc été
atteint avec des propriétés de traction supérieures
à celles obtenues par la voie classique de fonderie
après traitement thermique optimisé.
1
SÉRIE DE CORDONS TiAI FABRIQUÉE PAR DMD.
L’alliage Nimonic C263 est un alliage de fonderie qui a été développé
par Rolls-Royce en 1960 pour remplacer le Nimonic 80A qui présentait
quelques difficultés lors du soudage. Ses applications aéronautiques
concernent les chapes de suspensions ou les sommets de bras du carter d’échappement du Silvercrest. Jusqu’à présent, il n’avait jamais été
fabriqué sous forme de poudre.
SENS DE
DÉPLACEMENT
Laser de projection
Base
Jet de poudre
Dépôt
Laser de chauffage
Substrat
2
Défi n°2 : architecture complexe via
le procédé Laser Beam Melting (LBM)
En ce qui concerne l’alliage Nimonic C263 (voir encadré), une première tâche a été de modéliser les propriétés mécaniques et acoustiques d’architectures complexes. L’objectif était de sélectionner une
architecture poreuse présentant le meilleur compromis propriétés
mécanique/acoustique en relation avec les limitations des machines
LBM. Une modélisation mécanique et acoustique a été entreprise
sur deux types d’architectures, pavages carré et triangulaire, afin de
déterminer la taille optimisée des cellules de l’architecture et l’épaisseur des murs. La caractérisation géométrique de ces architectures
a permis de montrer que les épaisseurs de parois étaient constantes
ainsi que la taille et la géométrie des cellules (figure 3). Les espacements étaient bien reproductibles avec une épaisseur de mur comprise entre 115 et 150 mm pour une valeur nominale de 130 mm.
À l’issue de ces travaux, le modèle acoustique a été validé par des
essais réalisés au tube à impédance. Ceux-ci ont permis de vérifier
que l’absorption acoustique était bonne sur une plage de fréquence
étroite centrée sur 2 500 Hz, avec un taux d’absorption de 88 %.
Une retombée inattendue sur l’étude du matériau Nimonic C263 a
été de découvrir la capacité de ce matériau à retenir à l’état brut de
fabrication une densité de dislocations très importante. Ce résultat a
motivé l’approfondissement de la microstructure obtenue. La forte
densité de dislocations a l’avantage essentiel de contribuer au durcissement de l’alliage, d’autant que celui-ci est dépourvu de phases
renforçantes de type gamma’ et M23C6. La question qui se posait
alors était de déterminer l’origine de cette forte densité de dislocations. Des investigations complémentaires au microscope électronique à transmission, en particulier à l’École des Mines de Paris
A3DM magazine
n°1 53
PROJET R&D
(Thèse Cifre Armines-Poly-Shape de Thomas VILARO) [2], ont révélé
les deux causes suivantes.
• Un fort gradient thermique en phase solide provoqué par une
vitesse de solidification de l’ordre de VR ~105 K/s, ainsi que leur
multiplication au cours des passes successives.
• Le maintien en dessous d’une certaine température de recuit dans
la partie consolidée, qui évite l’annihilation des dislocations.
Ainsi pour le post-traitement, contrairement à la stratégie du
double traitement de mise en solution + recuit habituellement
utilisé pour les superalliages à base de nickel, ce qui aurait inévitablement fait disparaître les dislocations, la stratégie du « simple
recuit » (600 °C/8h) pour le Nimonic C263 s’est avérée gagnante.
Elle a permis en effet de relaxer intégralement les contraintes résiduelles d’origine thermique tout en garantissant une bonne stabilité dimensionnelle. De plus, les propriétés mécaniques sont vraiment
très proches de celles du matériau forgé grâce à la forte densité de
dislocations.
3
ARCHITECTURE
POREUSE À PAVAGE
CARRÉ.
L’ONERA, EPIC ET CARNOT
L’ONERA est le centre français de recherche
aérospatiale et de défense. EPIC, il est un
Établissement Public à caractère Industriel
et Commercial sous tutelle du ministère
de la Défense. Parallèlement, l’ONERA a aussi
une vocation commerciale et travaille sous contrat
pour des industriels tels que Safran, Dassault ou
des PME. Depuis 2007, il est un institut Carnot,
gage de sa volonté de favoriser la recherche
partenariale entre laboratoires publics et entreprises.
Stéphane Andrieux, directeur scientifique général
de l’ONERA, nous présente le centre.
Quel travail fournit l’ONERA sur la F.A. ?
Notre mission est de regarder les besoins de la
filière aéronautique, spatiale et défense. Nous
observons les évolutions technologiques qui pourraient répondre aux besoins de nos clients. Ces
derniers sont intéressés par la fabrication additive.
La question est : que peut apporter la fabrication
additive au monde de l’aéronautique, du spatial et
de la défense dans des conditions où l’emploi des
matériaux est extrêmement contraignant ? Quelle
sera la durée de vie de ces matériaux ? Sont-ils suffisamment sécurisés ? Quelle sera la certification ?
De nombreuses questions auxquelles il faudra penser dans le futur. Dans cette démarche, différents
projets ont été lancés par l’ONERA.
Quelles sont donc les recherches porteuses ?`
Conclusion
Le fait de travailler sur l’intermétallique TiAl qui est sensible à la
fissuration et avide d’oxygène a permis de faire évoluer les techniques (préchauffage, atmosphère) pour mieux surmonter les modifications chimiques et structurales qui sont induites par les traitements couche par couche et l’environnement de travail. Le projet
MOSAIQUE permettra ainsi de maîtriser dans le futur la fabrication
additive d’un plus grand nombre de matériaux. Quant au Nimonic
C263, il peut être destiné à des pièces complexes et architecturées
de par sa facilité de mise en œuvre en fabrication additive. Mais il
offre aussi des perspectives de durcissement in situ qui permettent
de simplifier le post-processing. Le projet confirme clairement des
perspectives de développement de la fabrication additive, tout paricilèrement pour ces deux matériaux pour l’aéronautique.
[1] T. VILARO, V. KOTTMANN-REXERODT, M. THOMAS, P. BERTRAND, L.
THIVILLON, C. COLIN, S. ABED, V. JI, P. AUBRY, T. MALOT, P. PEYRE,
Direct fabrication of a Ti-47Al-2Cr-2Nb alloy by selective laser melting
and direct metal deposition processes, Advanced Materials Research Vols.
89-91, (2010) pp.586-591.
[2] T. VILARO, Thèse de doctorat, Fabrication de pièces aéronautiques
et spatiales en Nimonic 263 et A360 par le procédé de fusion sélective
de lits de poudre: approche thermique, métallurgique et mécanique,
Ecole des Mines de Paris, 20 avril 2011.
54
A3DM magazine
n°1
La recherche porte sur les questions suivantes :
quels verrous la fabrication additive permet-elle
de lever ? Quelles perspectives cette technologie ouvre-t-elle ? La fabrication additive est
une nouvelle manière de concevoir et produire.
Les matériaux sont différents de ceux que l’on
connaît. Quels gradients de propriété possèdent
ces matériaux ? Résistance mécanique, conductivité, revêtements ? Cette technologie permet
aussi des possibilités d’hybridation des matériaux avec des assemblages différents, comme
des systèmes de combinaison de matériaux élémentaires. Un champs est ouvert ! Est-ce que l’on
pourrait, aussi, dépasser une fonctionnalité purement mécanique ? Par exemple, un matériau qui
sache tenir une résistance mécanique mais aussi
des propriétés électromagnétiques particulières
pour la furtivité. Enfin, la fabrication additive
permet de concevoir des pièces très compliquées
que l’on ne pourrait pas usiner, comme des pièces
sans assemblages, points de faiblesse des pièces
traditionnelles. Évidemment, les industriels sont
très intéressés par ces possibilités.
Quelles sont les contraintes qui en découlent ?
La principale difficulté est le temps. Il est très long
de produire un nouveau matériau car il faut valider son domaine d’emploi, connaître ses mécanismes de dégradation, ses fragilités, etc. Le retour d’expérience est encore trop restreint. Quel
défaut mettons-nous à l’intérieur de la pièce ? Il
faut accompagner la production de ces pièces et
de ces matériaux avec une démarche scientifique
pour comprendre comment ils se comportent
dans le temps. La surveillance de la pièce pendant
sa fabrication sera donc un élément important.
C’est une révolution de pouvoir assister à la naissance d’une pièce.
Vous imaginez.
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réalisons.
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