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Des pièces d’avions et de fusées imprimées en 3D

La fabrication dite additive pourrait être un des piliers de l’usine du futur


Des pièces de métal imprimées en 3D entrent dans la composition de moteurs notamment. Et elles sont aussi performantes que les traditionnelles

 

L’imprimante 3D alimente les fantasmes. Dans les années 2000, tout le monde pensait que cet objet allait révolutionner la manière de produire, en permettant de fabriquer localement et à la demande des biens de consommation, qu’il s’agisse de meubles, d’objets ou même de nourriture.

Côté industrie, on imaginait un processus 100 % automatisé, capable de produire d’une seule traite des pièces complexes, à un coût très bas. « Avec le recul, le procédé s’est révélé lent et ne pouvant utiliser qu’un seul matériau à la fois », analyse Guillaume Duhem, ingénieur commercial chez Bureau Veritas Laboratoires, et spécialiste des marchés aéronautique, spatial et dispositifs médicaux.

 

26% de croissance par an

Mais si le succès n’a pas été aussi fulgurant que prévu, l’impression 3D est loin d’avoir raté son envol. « Certains marchés, comme les dispositifs médicaux et les outillages, utilisent déjà amplement cette technologie, poursuit Guillaume Duhem. D’autres, tels que les secteurs aérospatial ou automobile, doivent, pour des raisons de sécurité, acquérir une connaissance approfondie du procédé avant de l’intégrer dans leur processus de fabrication. »

Ainsi, selon le rapport Wohlers, publié chaque année par le cabinet spécialisé du même nom, le marché de l'impression 3D (ventes d’équipements, de consommables, services d’impression), a encore augmenté de 26 % en 2015, son taux moyen de croissance depuis la fin des années 1980.

 

Prototypes plastiques

Dans l’industrie, il a fallu revoir tout le processus de A à Z. L’impression 3D, appelée fabrication « additive », consiste en effet à créer des objets en empilant des couches de matières. Au contraire de la fabrication traditionnelle, qui consiste à retirer de la matière d’un bloc, appelée fabrication « soustractive ».

Lisi Aerospace Additive Manufacturing-LAAM
Crédit : Lisi Aerospace Additive Manufacturing (LAAM) Inauguration du LAAM à Paris, en novembre 2016
C’est pourquoi, dans les années 1990 et 2000, si la technologie d’impression 3D existait déjà, les industriels l’utilisaient uniquement pour fabriquer rapidement des prototypes dans des matières plastiques. « Dès 1993, nous fabriquions des pièces simples en plastique  à l’aide d’une des premières imprimantes 3D : l’EOS Stéréo 600 », raconte Hervé Michel, directeur commercial chez Volum-e, un des leaders français de l’impression 3D.

 

Des monstres de 4 mètres de hauteur

« L’avènement de la nouvelle génération d’imprimantes 3D a complètement changé la donne », explique Guillaume Duhem, de Bureau Veritas Laboratoires. L’évolution des technologies a en effet permis de créer des machines plus grandes, plus de 4 mètres de hauteur pour les plus grandes du marché, capables de fonctionner 24 heures sur 24 et, surtout, d’utiliser du métal (titane, alliages de cobalt, nickel, aluminium…). En 2013, les industriels se sont mis à utiliser ces nouvelles technologies pour fabriquer des pièces fonctionnelles cette fois-ci, c'est-à-dire intégrables directement dans leurs produits finis.

 

Avions Airbus et Lanceur Fusée Ariane

Premier secteur à utiliser cette technologie : l’aérospatial. Les groupes Airbus, Safran, ou encore Thalès commencent à produire certaines pièces à l’aide de la fabrication additive. Sabca, le fournisseur de Airbus Safran Launchers, qui produit les injecteurs (qui injectent le carburant) des moteurs de la fusée Ariane, utilise également la fabrication additive. Des séries de 20 pièces pourront être réalisées en 2 semaines, contre 9 mois auparavant.

General Electric est même l’un des premiers acteurs du marché à utiliser l’impression 3D pour une production en série. Ainsi, le groupe a annoncé qu’il avait prévu de produire 100 000 injecteurs pour le moteur d’avion LEAP en impression 3D Métal d’ici 2020, pour un investissement total de 3,5 milliards de $.

 

Une fiabilité accrue

« Utilisée pour la production en série, l’impression 3D prend toute sa dimension, explique Guillaume Duhem, de Bureau Veritas Laboratoires. La fabrication de ces pièces nécessitait une succession de multiples procédés tels que la fonderie, la chaudronnerie ou le soudage, énergivores et chronophages. En fabrication additive, toutes ces étapes sont condensées en une seule, ce qui fait gagner en rapidité d’exécution et en investissement. »

Mais si les industriels utilisent cette technologie, c’est avant tout parce qu’elle a gagné en fiabilité. « D’abord, les machines de la dernière génération sont capables, à partir d’une même programmation, de fabriquer rigoureusement la même pièce », explique Clément Barret, technicien Fabrication additive métallique chez Volum-e.

 

Tests en laboratoire

Par ailleurs, les industriels s’appuient sur des spécialistes tels que Bureau Veritas Laboratoires pour s’assurer de la conformité et de la robustesse des pièces. « Différents essais sont ainsi menés sur le matériau sous forme de poudre - : granulométrie, composition chimique, mesure de caractéristiques matériaux », indique Jean-Yves Régnier, responsable de Bureau Veritas Laboratoires à Saint Ouen L’Aumône (95).

« Puis le matériau imprimé sous la forme d’un lingot, ou la pièce proprement dite, est évaluée, grâce à des essais mécaniques (traction, fatigue, résistance…) et chimiques, à une analyse de la structure (porosité, taille de grains…), à des essais destructifs (tests nécessitant la destruction d’une pièce afin d’en évaluer la solidité) et non destructifs (radiographie, ultra-sons…) », poursuit le spécialiste.

 

Avancer pas à pas

« Mais notre intervention va au-delà, précise Guillaume Duhem, ingénieur commercial chez Bureau Veritas Laboratoires. Si une pièce n’est pas conforme, nous fournissons une expertise sur l’origine du défaut, afin d’aider à le corriger et obtenir rapidement une pièce conforme. »

Ces mesures se révèlent indispensables pour le développement de l’impression 3D. « La fabrication additive ne s’imposera dans l’industrie qu’en démontrant ses performances et sa robustesse, analyse Guillaume Duhem. Il faut  donc avancer pas à pas, afin de produire des pièces qui soient bonnes et sûres. C’est le plus important. »

 

Les autres applications de l'impression 3D

  • Joaillerie

La fabrication de bijoux est une des principales applications de l’impression 3D. Les matériaux ? Plastique ou céramique, mais aussi or ou argent. « Cette technologie permet d’optimiser l’utilisation d’un métal précieux », explique Clément Barret, de Volum-e.

  • Prothèses

L’impression 3D est adaptée aux demandes des fabricants de prothèses médicales : les pièces peuvent être fabriquées rapidement et personnalisées pour chaque patient. Aujourd’hui, cette technologie est largement utilisée pour la fabrication des prothèses auditives et dentaires, et se développe dans la production de prothèses osseuses.

  • Médical

Demain, les applications de l’impression 3D seront peut-être médicales. Par exemple, la Wake Forests Institute for Regenerative Medicine, aux Etats-Unis, a développé une imprimante 3D destinée à recouvrir les peaux brûlées avec de la peau saine.




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