La Fabrication Additive

Fabrication Additive & Optimisation Topologique

La fabrication additive (FA) est le terme approprié pour désigner la nouvelle génération de fabrication numérique à l’échelle industrielle, notamment dans la production en série.
Sur le plan matériel, la fabrication additive et l’impression 3D fonctionnent de la même manière. Les machines superposent des couches de matières pour obtenir des pièces à partir de fichiers de conception 3D.
Alors que certaines technologies sont plus utilisées pour les besoins de prototypage rapide, les autres plus en pointe sont optimisées par les industriels pour répondre à des besoins de nouvelles stratégies de fabrication, tels que la réduction de poids, la consolidation d’ensembles, etc, dans un objectif de production en série.

Les procédés de Fabrication Additive

L’impression 3D a été inventé en 1983 et de nombreuses technologies ont été développées depuis. Mais depuis l’année 2010 environ, la stratégie de fabrication additive a été intégrée par les industriels pour améliorer leurs produits et leurs avantages concurrentiels.

La fabrication additive englobe différents procédés de fabrication, tels que :

Fusion de Lit de Poudre
Le procédé de Fusion de Lit de Poudre (PBF) est utilisé dans une variété de technologies AM, y compris le frittage laser direct des métaux (DMLS), le frittage laser sélectif (SLS), le frittage thermique sélectif (SHS), la fusion par faisceau d'électrons (EBM) et la fusion directe par laser des métaux (DMLM). Ces systèmes utilisent des lasers, des faisceaux d'électrons ou des têtes d'impression thermique pour fondre ou fondre partiellement des couches ultrafines de matériau dans un espace tridimensionnel. À la fin du processus, l'excès de poudre est éliminé de l'objet qui subira éventuellement des traitements post-impression.

Jet de liant
Le processus de jet de liant est similaire au jet de matériau, sauf que la tête d'impression dépose des couches alternées de matériau en poudre et d'un liant liquide.

Dépôt d'énergie dirigé
Le processus de dépôt d'énergie dirigé (DED) est similaire à l'extrusion de matériaux, bien qu'il puisse être utilisé avec une plus grande variété de matériaux, y compris les polymères, les céramiques et les métaux. Un canon à faisceau d'électrons ou un laser monté sur un bras à quatre ou cinq axes fait fondre le fil ou la matière première ou la poudre de filament.

Lamination des feuilles
La fabrication d'objets stratifiés (LOM) et la fabrication additive par ultrasons (UAM) sont deux méthodes de stratification des feuilles. LOM utilise des couches alternées de papier et d'adhésif, tandis que UAM utilise de fines feuilles de métal jointes par soudage par ultrasons. LOM excelle dans la création d'objets idéaux pour la modélisation visuelle ou esthétique. L'UAM est un procédé à relativement basse température et à faible consommation d'énergie utilisé avec divers métaux, dont le titane, l'acier inoxydable et l'aluminium.

Polymérisation de résine
Avec la photo-polymérisation en cuve, un objet est créé dans un réservoir d'un photopolymère de résine liquide. Un processus appelé photo-polymérisation durcit chaque couche micro-fine de résine en utilisant une lumière ultraviolette (UV) dirigée avec précision par des miroirs.

Les technologies de Fabrication Additive

Les technologies de fabrication additive les plus utilisées sont :
 
Stéréolithographie (SLA)
La stéréolithographie (SLA), la technologie la plus précise, utilise la photo-polymérisation pour imprimer des objets en plastique ou en céramique. Le procédé utilise un laser UV qui photo-polymérise de la résine photosensible. Les résines durcissables aux UV produisent des pièces très résistantes mécaniquement et qui peuvent résister à des températures extrêmes.

Frittage
Le frittage est un procédé de fabrication de pièces consistant à chauffer une poudre sans la mener jusqu’à la fusion. Sous l'effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux, ce qui forme la cohésion de la pièce. On parle donc de Frittage Laser Sélectif le procédé d’un laser qui applique de la chaleur de manière sélective sur des couches successives de poudre pour former un objet.

Frittage laser direct des métaux (DMLS)
Dans le DMLS, un laser fritte chaque couche de poudre métallique afin que les particules métalliques adhèrent les unes aux autres. Les machines DMLS produisent des objets haute résolution avec des caractéristiques de surface souhaitables et les propriétés mécaniques requises. Avec SLS, un laser fritte les poudres thermoplastiques pour faire adhérer les particules les unes aux autres.

Fusion laser directe des métaux (DMLM) et fusion par faisceau d'électrons (EBM)
Ici, les matériaux sont entièrement fondus dans les processus DMLM et EBM. Avec le DMLM, un laser fait fondre complètement chaque couche de poudre métallique tandis que l'EBM utilise des faisceaux d'électrons de haute puissance pour fondre la poudre métallique. Les deux technologies sont idéales pour la fabrication d'objets denses et non poreux.

Fusion Freeform par Faisceau d’Electrons (EBFF)
Idéal pour fabriquer des pièces métalliques de très grandes dimensions, ce procédé utilise un faisceau d’électrons dans une chambre sous vide pur pour fondre du fil métallique. Par exemple, la technologie EBAM est ainsi capable de fondre du fil de titane de 4mm de diamètre, lui permettant ainsi un taux très élevé de matières (jusqu’à 12 kgs par heure).

Fabrication Additive Inox

Les avantages de la Fabrication Additive

Les acteurs industriels optimisent les avantages de la Fabrication Additive pour développer des produits innovants et compétitifs.

GÉOMÉTRIES COMPLEXES

Les méthodes traditionnelles de fabrication, telles que l’usinage et le formage, présentent des limites de conception, poussant le concepteur à adapter son design en fonction de ces méthodes. La Fabrication Additive quant à elle ne pose aucune limite géométrique, à part la limite dimensionnelle de la machine. Ainsi, les ingénieurs conçoivent des nouvelles générations de pièces en intégrant des fonctions internes par exemple.

GAIN DE TEMPS
La fabrication additive est très rapide. Elle permet d’obtenir des pièces complexes en quelques heures ou jours. Elle accélère ainsi les stratégies de développement de produits, réduisant les délais de mise sur le marché.

Fabrication Additive Inox DMLS

RÉDUCTION DE POIDS
Grâce aux nouvelles stratégies de conception ‘organique’, les industriels intègrent des structures alvéolaires ou lattices dans leurs dessins, tout en garantissant la résistance et l’intégrité des pièces. Ainsi, les fabricants de moteurs d’avion atteignent des réductions de poids de pièces de 84%.

CONSOLIDATION DE PIÈCES
Un ensemble composé de plusieurs pièces présente des inconvénients de fabrication et d’assemblage longs et coûteux. Avec la fabrication additive, les éléments sont consolidés à l’étape de conception CAO, pour obtenir une forme très complexe, réduisant ainsi le nombre de pièces de centaines à quelques-unes seulement. La nouvelle pièce est fabriquée très rapidement, et délivre des propriétés supérieures grâce notamment à la réduction de ‘coutures’ et des tolérances plus strictes. On parle ici de DFAM, Conception pour la Fabrication Additive.

Fabrication Additive Production en Série

PERSONNALISATION DE MASSE
Pour faire face à l’évolution constante des modes de consommation, les acteurs intègrent le consommateur dans leur stratégie produit, grâce à la fabrication additive. Cette dernière leur permet de produire en série du sur-mesure. A partir d’un fichier 3D, plusieurs variantes sont conçues pour créer des produits uniques qui seront fabriqués en un temps très court. Les secteurs de l’automobile, des biens de consommation, de la bijouterie, sont très actifs sur ce sujet.

REDUCTION DES DECHETS
Usiner une pièce dans un bloc produit une quantité importante de copeaux, qui ne seront pas complètement valorisables. Il n’est pas rare de trouver un gaspillage de plus de 80% dans la fabrication d’une pièce. La fabrication additive, quant à elle, n’utilise que la quantité nécessaire à la fabrication d’une pièce.

REDUCTION DE L’EMPREINTE CARBONE
La fabrication additive est aussi très écologique. Elle produit très peu de déchets de matières, permet de s’affranchir d’outillage, et est capable de fabriquer plusieurs pièces en même temps. Elle réduit ainsi la charge environnementale en termes de consommation d’énergie et d’émission de polluants. Enfin, elle réduit fortement l’empreinte carbone, car elle élimine une partie du transport des matières et outillages non utilisées.

La fabrication 4.0

La fabrication 4.0 est la quatrième révolution industrielle qui consiste à automatiser et numériser tous les processus jusqu’à la livraison des produits.

x3D Group s’appuie sur ces avancées technologiques pour construire un réseau de production intelligent constitués de différents fabricants specialisés capable de collaborer ensemble. Elle propose ainsi une capacité de production décentralisée, certifiée, réactive et innovante.  De l’import d’un fichier 3D sur son interface, au chiffrage de la fabrication, jusqu’au contrôle qualité et la livraison, x3D Group s’efforce de numériser et d’innover pour apporter à ses clients compétitivité et qualité.

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