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La fusion métallique s'attaque à la grande série (1/3)

15/09/2014
La fabrication additive des pièces métalliques n’est plus limitée à la production des prototypes ou en petite série. Des usines d’un nouveau type voient le jour, bouleversant ainsi le statu quo des moyens de production classiques.

Pour le voyageur intéressé par les nouvelles technologies qui passe dans la province italienne Novare, une visite à Cameri s’impose. Il découvrira dans cette petite ville d’un peu plus de 10 000 habitants, une usine qui préfigure la production de demain. Ici la fabrication ne se passe pas comme dans les ateliers classiques où des machines-outils enlèvent une grande partie d’une pièce métallique brute pour arriver au produit final. Un véritable gaspillage, que l’on trouve dans la quasi-totalité de domaines industriels. Dans l’aéronautique par exemple, on doit passer de nombreuses fois d’un brut d’usinage d’une vingtaine de kilos à une pièce finale qui pèse moins d’un kg ! Et comme cette dernière est souvent fabriquée dans un matériau cher, comme l’Inconel par exemple, on s’imagine facilement le coût du gaspillage. Sans parler de l’affront que l’on fait au développement durable !


Plus d’une soixantaine de machines de fabrication additive seront installées prochainement dans l’usine d’Avio Aero à Cameri (Italie). (photo : Avio)


Rien de tout ça dans l’unité de production d’une nouvelle race que le sous-traitant aéronautique Avio a installée à Cameri. Réputée pour son savoir-faire dans le domaine de la fabrication additive par fusion métallique, la société italienne, filiale de General Electric, exploite ici depuis décembre dernier, une vraie usine de fabrication additive. La première de ce type au monde. « Nous sommes passés en quelques années de la fabrication additive de prototypes à la production en série des pièces aéronautiques », explique Mauro Varetti, ingénieur chez Avio Aero. « Notre filiale spécialisée dans la FA, baptisée Avio PROP, dispose d’une usine qui a une superficie de 12 000 m2. Une surface qui pourra être agrandie jusqu’à deux fois la superficie actuelle, au fur et à mesure que les machines arriveront. » Une dizaine d’employés travaillent déjà dans cette unité de production qui compte aussi un centre de formation, un laboratoire chimique, un système d’atomisation de gaz pour la production de poudre métallique… Parce qu’ici rien n’est laissé au hasard : Avio produira dans cette usine à partir de l’année prochaine, sa propre poudre métallique. « Ce qui réduira les coûts et nous mettra à l’abri d’un contrecoup d’approvisionnement », remarque le spécialiste. L’usine dispose d’une centrale électrique de 1,6 MW, d’une installation de refroidissement de l’eau, de compresseurs, d’un environnement contrôlé (humidité de 50%, température 24 ° avec une tolérance de ± 3°C)… L’objectif est d’exploiter à terme, dans cette unité de production, une soixantaine de machines de fabrication additive. Pour l’heure, la société dispose de deux machines DMLM (direct metal laser melting) d’EOS et de sept machines de fusion par faisceau d’électrons d’Arcam. Quatre autres équipements de ce dernier sont en cours de livraison.

fusion faisceau électrons arcam
L’usine d’Avio utilise sept machines de fusion par faisceau d’électrons d’Arcam. Quatre autres équipements de ce dernier sont en cours de livraison. (photo : Avio)


Plusieurs défis doivent être affrontés avant de pouvoir fabriquer dans une telle usine. L’un des problèmes les plus délicats qui se posent, c’est le contrôle de ces équipements hétérogènes. Un véritable casse-tête, qu’Avio a résolu grâce aux logiciels Streamics fournis par la société de service belge Materialise. « La plateforme réalisée peut contrôler le processus de fabrication de différentes machines de fusion métallique : EOS, Arcam, SLM, Phoenix Systèmes (3D Systems) ou Concept Laser », confirme Mauro Varetti. « De plus, nous avons mis en place une approche plug & play pour l’installation des machines. Le contrôle des équipements, un processus standard et automatisé, est assuré en temps réel. Les paramètres de fabrication sont prédéfinis et les pièces sont repérées grâce à un système d’identification par code à barres. Leur traçabilité est ainsi complète et nous éditons un rapport de fabrication pour chaque pièce. »

Une autre contrainte importante c’est la caractérisation des poudres. « Nous définissons chacune des poudres utilisés grâce au laboratoire créé dans cette usine et nous identifions leurs domaines d’application idoines », explique Mauro Varetti. Les quantités et les qualités sont rassemblées dans une base de données. « Nous pouvons maîtriser ainsi la porosité ou la contamination des pièces fabriquées, vérifier l’adaptation à la fabrication des microstructures ou les défauts. » Que choisir comme moyen de fabrication (laser ou fusion par faisceau d’électrons EBM, par exemple), est un autre dilemme. Le choix d’Avio peut éclairer les intéressés. « Les deux systèmes sont complémentaires, il faut donc choisir celui qui correspond mieux à l’application », conseille Mario Varetti. « Les machines de fusion laser fabriquent des pièces plus précises que l’EBM, tandis que ce dernier est plus productif et coûte moins cher. » Néanmoins, les deux systèmes fabriquent des pièces dont les propriétés mécaniques sont meilleures que celles obtenues par les procédés conventionnels. Exemple : la résistance à la fatigue obtenue avec la machine EOS est 32% supérieure à celle fournie par fonderie, celle de la machine Arcam est 12% supérieure à la fonderie (matériau : Ti6Al4V). La résistance à la traction est 15% supérieure avec la machine EOS France et 12% avec la machine Arcam (même matériau). Attention toutefois, les machines de fabrication additive utilisées par certaines entreprises (dont la plupart préfèrent rester confidentielles) pour fabriquer en série des pièces métalliques disposent de développements sur mesure. « Les machines d’Arcam que nous utilisons disposent de certaines licences exclusives, des fonctions exclusives que nous avons développées en collaboration avec le constructeur suédois », témoigne ainsi le spécialiste d’Avio.

Produire pour l’aéronautique ne peut pas se faire non plus, du jour au lendemain. Il faut certifier les pièces, respecter des conditions de traçabilité et de qualité drastiques. Alors, Avio a mis en pratique dans son usine un processus de certification qui comporte plusieurs phases. La phase 1 concerne les matériaux (poudres), les logiciels, les équipements et le personnel. Ensuite sont contrôlées et certifiées les machines, le matériel et les applications avec des produits test. On passe après à la phase finale qui comporte la qualification de la géométrie des pièces et la fabrication. « D’une manière générale, nous avons constaté que le processus de fabrication additive peut être contrôlé mieux que tout autre procédé conventionnel de fabrication », rassure Mario Varetti.

Autres parties de l'article :
La fusion métallique s'attaque à la grande série (2/3)
La fusion métallique s'attaque à la grande série (3/3)
Mirel SCHERER
Mirel SCHERER
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