La fabrication additive devient… exacte

Source : article de la machine-outil, www.machine-outil.com

Démarche empirique, la construction de pièces métalliques par superposition successive de couches

change d’ère. Dévoilé au salon Euromold 2014, le logiciel de simulation 3DSIM permet de savoir à

l’avance le résultat de la fabrication. Une révolution.

Franc succès pour la fabrication additive au salon Euromold 2014 qui a attiré dans le hall 11 du parc

d’exposition de Francfort (Allemagne) les nombreux aficionados de cette méthode de production

pleine de promesses. Une rapide visite a permis à ceux d’entre eux qui connaissent depuis longtemps

les procédés de fusion métallique, comme le signataire de ces lignes, qu’aucune rupture

technologique n’est apparue. A une exception près : le logiciel de simulation numérique concocté par

la petite société américaine 3DSIM (distribué en France par Multistation). Commercialisé début 2015,

il constitue une véritable révolution qui fait entrer la fabrication additive dans les rangs des sciences

exactes. « Jusqu’ici les utilisateurs de ces machines ne pouvaient pas savoir à l’avance si les pièces

fabriquées auront les qualités requises, explique Dr. Brent Stucker, fondateur et pdg de 3DSIM. Avec

notre solution la fabrication est pilotée par la simulation. » Le cas de supports qui doivent être créés

dans la fabrication par fusion métallique est éloquent. Placés suivant la géométrie de la pièce et

l’expérience de l’utilisateur, ils ne font appel à aucune méthode de calcul des contraintes. « La bonne

réalisation de ces supports est pourtant essentielle », affirme le spécialiste. Sinon, les effets négatifs

pour l’utilisateur sont multiples : si on fabrique plus de supports qu’il n’en faut, les coûts de finition

seront plus importants ; des supports mal conçus peuvent endommager certaines fonctionnalités de

la pièce ; des parties qui ne sont pas correctement supportées peuvent tomber… Ces défauts

représentent dans les ateliers de fabrication additive un coût supplémentaire qui peut avoisiner les

100 000 euros/an/machine. L’utilisateur doit savoir comment seront affectés les paramètres du

processus de production, la poudre, la machine, la géométrie à réaliser, le placement et de

l’orientation de la pièce, etc. par l’effet thermique. Il pourra ainsi prévoir la précision de la géométrie,

les microstructures internes, les propriétés et les performances du processus… « Ce qui est

impossible aujourd’hui, car les utilisateurs ne disposent que de fichiers CAO et d’une représentation

2D des couches à réaliser », constate le spécialiste. A cela s’ajoutent des données expérimentales et

des petits outils de simulation. Ces solutions sont hélas, trop lentes, difficiles à exploiter par un non

spécialiste et ne sont pas adaptées aux besoins de la fabrication additive. »

Le logiciel de simulation de fabrication additive développé par 3DSIM permet de s'affranchir des

étapes de mise au point longues et coûteuses

Le logiciel de calcul mis au point par la société américaine élimine ces inconvénients grâce à deux

modules de calcul par éléments finis : l’un pour le process, l’autre pour le matériau. Moyennant quoi,

il est plus de 3000 fois plus rapide qu’un logiciel de calcul par éléments finis du marché pour réaliser

le même maillage. Son secret ? Un assemblage intelligent de matrices qui élimine le calcul de la

connexion de noyaux.

L’arrivé de cet outil de simulation prouve que la fabrication additive devient une vraie solution

industrielle. D’ailleurs, les constructeurs de machines ne cessent pas d’améliorer leurs équipements

comme on pouvait le voir à Euromold 2014. Des développements qui visent une amélioration de la

productivité des machines et de la qualité des pièces.

Les machines deviennent flexibles et peuvent opérer dans une atmosphère inerte ou avec argon, ce

qui leur permet de traiter aussi bien les aciers traités, les alliages légers, les superalliages, etc. Plus

conviviales, elles disposent d’un système de contrôle qui autorise la gestion des paramètres de

fabrication (puissance du laser, vitesse d’exposition, stratégie de fabrication, etc.). Les dispositifs de

filtrage s’améliorent aussi et les machines disposent de fonctions d’auto-nettoyage automatiques.

EOS développe une solution qui permettra aux utilisateurs de ses machines de modifier l’épaisseur

des couches, le flux de gas, la température de la plateforme de construction…

Cet instrument medical a été fabriqué en acier inoxydable 17-4 PH avec le système multilasers M2

Cusing de Concept Laser. (Source : Concept Laser)

Les équipements dotés de plusieurs sources laser accélérer le processus de construction des pièces

et dopent la productivité. Concept Laser a dévoilé ainsi à Euromold 2014 sa solution M2 Cusing avec

deux lasers de 200 W ou 400 W. Résultat : une vitesse de fabrication augmentée jusqu'à 80% par

rapport à une machine classique. Le constructeur allemand annonce qu'il mettra sur le marché

prochainement une grande machine, la X line 2000R, qui sera dotée de deux lasers de 1 000 W. Il

dévoilait aussi un nouveau système de contrôle de la production, le QMmeltpool 3D. Comparable aux

méthodes d’analyse tomographiques, ce dernier génère des données 3D qui concernent la structure

de la pièce à fabriquer. Ce qui permet de détecter et d’analyser les effets locaux du processus de

solidification pendant la construction de la pièce. L’avantage est évident : l’utilisateur peut non

seulement assurer la qualité de la pièce en temps réel, mais aussi d’améliorer la fabrication par une

adaptation continue de paramètres de la machine. La structure des supports peut également être

mieux adaptée aux besoins.

Le système de gestion intégré de la chaîne de production (IPCM-M) d’EOS qui augmente la

productivité de 50%. (Source : EOS)

Le contrôle en temps réel de la fabrication est d’ailleurs, un souci permanent pour Eos également. Le

fabricant allemand qui a installé 1 500 machines en vingt-cinq ans d’existence, équipe sa nouvelle

machine de fusion métallique M290 dévoilée à Euromold avec le nouveau logiciel Eostate. Ce dernier

permet une surveillance permanente de la construction des pièces. EOS propose également un

système de gestion intégré de la chaîne de production (IPCM-M) qui améliore la productivité de 50%.

D’autres constructeurs équipent leurs machines de sources laser multiples. C’est le cas du système

de fabrication intégré SLMR500HL commercialisé par SLM Solutions qui dispose de quatre sources

laser fibre de 400 W ou d’une source de 400 W associée à une autre source de 1 000 W. La solution

présentée à Euromold cette année dans une démonstration de fabrication réelle a été améliorée par

les ingénieurs du constructeur. Plus simple, elle permet aussi d’automatiser toutes les étapes de

fabrication. Des atouts qui ont convaincu les visiteurs : huit systèmes de ce type ont été commandés

pendant la foire de Francfort. Ainsi, la société bavaroise FIT AG qui utilise déjà plusieurs systèmes

SLM 500HL, a décidé d’en installer encore cinq.

ExOne propose des équipements de fusion métallique laser qui peuvent fabriquer des pièces en

Inconel 625. (Source : ExOne)

La mise au point de machines capables de fabriquer des pièces de plus en plus grandes est un autre

moyen d’amélioration de la productivité. 3D Systems a mis à ses couleurs les machines de Phenix

Systems, la société française qu’il a rachetée en 2013 et a profité du salon allemand pour annoncer

une machine qui fabrique des pièces de grandes dimensions (volume de fabrication de 500 mm3).

Modulaire, sa ProX 400 dispose d’un système de finition automatique des pièces et assure précision

ainsi qu’une haute densité des pièces fabriquées. L’utilisateur a le choix entre 15 matériaux

métalliques différents.

Les progrès sont également sensibles dans le domaine de matériaux utilisés pour la fabrication.

L’Inconel 625 comme l’acier inoxydable 17-4 PH sont désormais disponibles dans la panoplie de

certains constructeurs comme ExOne, EOS ou Concept Laser.

Cette roue de turbine en cobalt chrome a été fabriquée avec la machine ProX 400 de 3D Systems.

(Source : 3D Systems)

Le premier est utilisé dans la construction des turbines dont le composants sont exposés à des hautes

températures (plus de 1 000 °C). Quant aux pièces fabriquées à partir de la poudre d’acier

inoxydable, elles résistent mieux à des phénomènes d’usure comme l’abrasion, la corrosion, etc., des

qualités intéressantes pour la fabrication médicale, par exemple.

Enfin, Euromold 2014 a été la dernière édition organisée à Francfort. A partir de l’année prochaine, le

salon est transféré dans les halls d’exposition de Düsseldorf. Un moyen d’avoir encore plus de

visibilité internationale…