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Nouvelle conception avec la fabrication additive

Innovation 2018-05-24 Åsa Backman Oskar Omne

Sandvik Additive Manufacturing est basée à Sandviken, en Suède, et travaille pour tout le Groupe Sandvik afin de développer une offre complète, des idées aux produits finis ; là où d'autres sociétés commencent seulement à comprendre les avantages de la fabrication additive, les progrès sont déjà bien avancés.

​Sandvik Additive Manufacturing est la dernière filière produits du Groupe Sandvik et elle n'arrête pas de se développer en termes de ressources, de compétences, de collaborateurs et de demandes des clients alors que le paysage concurrentiel de la fabrication additive s'élargit rapidement.

« Le marché de la fabrication additive métallique est encore très jeune et petit, mais c'est un marché attrayant avec un fort potentiel de croissance. En 2015, la fabrication additive métallique sortait à peine du domaine de la R&D et du prototypage pour devenir un moyen de production. En 2017, l'évolution dans le sens d'une technologie de production mature s'est accélérée, par exemple dans l'aéronautique, le médical et l'outillage », explique Kristian Egeberg, Président de la filière produit de la fabrication additive au sein de Sandvik Machining Solutions, la branche d'activité à laquelle Sandvik Coromant appartient.

Mikael Schuisky, responsable opérationnel de Sandvik Additive Manufacturing, indique que le Groupe Sandvik a un positionnement unique.

« Le Groupe Sandvik a la capacité nécessaire pour proposer une offre complète, des idées aux produits finis », affirme-t-il en se référant à la branche d'activité Sandvik Materials Technology, un fournisseur international de poudres métalliques telles qu'on en utilise dans la fabrication additive. « Il n'existe pas d'autre société qui regroupe toutes les compétences avec le développement et la production des poudres, la conception des objets pour la fabrication additive, la fabrication additive elle-même et les technologies de post-traitement comme l'usinage ou le frittage. »

La capacité du Groupe Sandvik, tant dans la fabrication additive que dans l'usinage CNC traditionnel, est unique, indique Egeberg, en se référant à la filiale voisine de Sandvik Materials Technology à Sandviken, Sandvik Coromant.

« Pour certaines applications, la fabrication additive est formidable, alors que pour d'autres, l'usinage par enlèvement de copeaux reste l'approche la plus rentable », dit-il. « Nous avons en interne les compétences pour offrir des produits et des conseils dans ces deux domaines. »

Selon Schuisky, les discussions initiales avec les clients à propos de la méthode de fabrication sont essentielles.

« Si vous vous adressez à une société du monde de l'usinage ou à une société d'impression 3D pour savoir quelle méthode de fabrication serait la mieux adaptée pour une pièce donnée, vous obtiendrez des réponses complètement différentes », dit-il. « Nous avons des compétences dans les deux domaines, aussi nos clients peuvent-ils profiter de conseils impartiaux. »

De manière générale, la fabrication additive est la meilleure solution pour les pièces de forme complexe.

« La fabrication additive redéfinit complètement notre approche de la conception et repousse les limites de ce qu'il est possible de faire, mais il faut avoir une grande ouverture d'esprit et de bonnes compétences en conception », explique Schuisky.

Pour illustrer son propos, il montre une pièce fabriquée au moyen de l'usinage par enlèvement de copeaux et son équivalent fabriqué par fabrication additive. Les deux pièces ont l'air complètement différentes.

« En comprenant parfaitement la fonction de la pièce à fabriquer, il est possible de la concevoir en lui conférant plus de résistance dans les parties exactes où cela est nécessaire sans se préoccuper des contraintes traditionnelles », explique Schuisky. « Utiliser l'impression 3D pour fabriquer une pièce conçue pour être produite au moyen de l'usinage par enlèvement de copeaux vous fait perdre ce genre d'avantage. »
Le développement durable prend une nouvelle dimension
Les pièces qui doivent être aussi légères que possible peuvent bénéficier d'améliorations grâce à la fabrication additive. La réduction du poids est un souci constant dans le secteur aéronautique en raison du coût du carburant et de l'empreinte carbone. Et cela vaut aussi pour les voitures, les camions et tous les véhicules.

« Les économies de carburant sont une chose, mais il ne faut pas oublier les outils à main et les objets que nous devons manipuler car leur allègement est bienvenu pour nos épaules et nos dos », rappelle Schuisky.

Outre la question du carburant et de l'ergonomie des objets, la fabrication additive présente plusieurs autres avantages. En particulier, elle permet de réduire les besoins en transport et le nombre d'étapes dans la fabrication par rapport aux méthodes traditionnelles, et elle utilise moins de matières premières.

« Dans l'impression 3D, 95 pour cent de la poudre est utilisée dans la pièce produite, et le reste peut être réutilisé directement », explique Schuisky. « C'est un avantage à mettre en balance avec la méthode traditionnelle qui démarre avec un bloc et enlève d'importantes quantités de matière sous forme de copeaux. »

Les possibilités offertes par la fabrication additive ne cessent de s'étendre au fur et à mesure de la maturation de cette technologie. Pendant ce temps, Egeberg, Schiusky et leurs collaborateurs affinent leur offre pour apporter le plus de valeur possible aux clients.

« Les métallurgistes, les grands producteurs de poudres du monde, les experts du post-traitement et de l'usinage, peu de monde comprend la chaîne de valeur de la fabrication additive comme nous avec nos 150 ans d'expérience dans le monde de l'usinage. Nous avons lourdement investi dans la recherche et le développement et dans différentes technologies de fabrication additive ces dernières années, et aujourd'hui nous sommes en mesure de fabriquer des produits industriels fonctionnels », conclut Egeberg.

Les poudres pour la fabrication additive

Sans les bonnes poudres, la fabrication additive ne fonctionnerait pas. La qualité et les propriétés de la poudre utilisée ont un impact direct sur les pièces produites. Trois paramètres essentiels sont à l'œuvre : la matière première, la taille des particules et la morphologie.

On utilise actuellement cinq groupes d'alliages dans la fabrication additive : acier, cobalt-chrome, nickel, aluminium et titane.

« En fonction de la méthode de fabrication et des spécifications, la coulée est transformée en particules de la bonne taille et de la bonne morphologie par un processus d'atomisation gazeuse », explique Peter Harlin, ingénieur R&D en technologie des poudres au sein de Sandvik Materials Technology. « La taille des particules doit être adaptée à chaque procédé de fabrication additive.

« Par exemple, la technique du dépôt de matière sous énergie concentrée nécessite des particules très fines, quelques microns, alors que la fusion sur lit de poudre fonctionne avec des particules plus grosses qui font environ 100 microns. »

Selon Lars-Erik Rännar, directeur de recherche en fabrication additive au Sports Tech Research Centre de l'université de Mid Sweden, il y a une tendance claire à l'introduction de nouveaux alliages et de poudres spécifiques pour la fabrication additive.

« Pour Sandvik qui possède un savoir-faire poussé en métallurgie et des compétences étendues dans le domaine de la métallurgie des poudres et de la fabrication additive, c'est un développement naturel. J'espère pouvoir bientôt commander des poudres spéciales chez Sandvik », affirme Rännar.

 

 

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