Fabrication additive : contrôles

Communément appelée, par abus de langage, impression 3D, la fabrication additive (FA) est une véritable révolution, car elle permet de pallier les limites de la fabrication traditionnelle (injection plastique, usinage, formage, assemblage). En effet, elle donne toute latitude pour fabriquer des pièces de grande complexité, irréalisables par d’autres techniques, ouvrant ainsi des perspectives d’innovation. Cependant, la presse grand public a tendance à présenter la FA comme une technologie presse bouton, accessible à tous. La réalité est tout autre.

En FA, le matériau et la pièce sont fabriqués simultanément, couche après couche, à partir d’un modèle numérique. Mais, réaliser une pièce ne consiste pas simplement à transférer un dessin numérique à la machine, à appuyer sur un bouton et à attendre que la pièce soit fabriquée. Il y a de nombreuses étapes en aval et en amont. Le processus complet comprend la conception de la pièce, la préparation de la machine, sa configuration, puis la fabrication de la pièce, et enfin son post-traitement. La conception de la pièce se décline en plusieurs étapes : la sélection du matériau et de la structure (pleine ou lattice) ; la conception du modèle numérique décrivant la géométrie de la pièce avec ou sans optimisation topologique ; la discrétisation de la surface de la pièce ; le positionnement et l’orientation de la pièce, voire des pièces, sur le plateau de fabrication ; la mise en supports de la pièce et le découpage du modèle numérique en strates représentant les couches à réaliser. La préparation de la machine comprend, suivant les procédés : le nettoyage de la machine, le chargement de la matière première, éventuellement son homogénéisation et son nivellement sur le lit de la chambre de fabrication et le réglage de la hauteur du niveleur.

La configuration de la machine consiste à la paramétrer ; par exemple, pour la catégorie fusion sur lit de poudre par laser, à choisir la vitesse de balayage du laser, sa puissance, la taille du faisceau, la stratégie de balayage, le nombre de passages du niveleur. Il ne faut pas omettre d’enregistrer les données d’entrée pour la traçabilité du processus de fabrication. À la fin du processus, il faut extraire la pièce de la matière première non transformée et la nettoyer. Ensuite, il faut procéder au post-traitement thermique de la pièce. Cela consiste, suivant les procédés, à un recuit pour éliminer les contraintes résiduelles ou pour parfaire le processus de liaison de la matière première ou encore pour délianter la pièce. Enfin, la pièce est détachée du plateau de fabrication de la machine, ses supports sont découpés, son état de surface amélioré et elle est nettoyée. Outre le fait que ces nombreuses étapes démontrent la nécessité de revoir les procédures de conception, elles mettent en lumière la complexité du processus.

En conséquence, avant que la FA ne puisse être adoptée par les industriels, principalement ceux concernés par la production de petites séries (aéronautique, aérospatial et médical), il est indispensable de qualifier les machines et de démontrer que les pièces réalisées en FA répondent aux mêmes exigences de qualité que celles réalisées par des techniques traditionnelles. Pour cela, il faut effectuer non seulement des contrôles sur les machines, mais également à tous les stades du processus de fabrication, à savoir sur la matière première, sur le matériau et sur la pièce finie.

Dans cet article, il est question de l’ensemble de ces contrôles. Certains sont communs aux techniques traditionnelles, mais d’autres sont spécifiques à la FA. Différentes méthodes de contrôles sont également suggérées. Dans une première partie, le principe de la FA, les différentes catégories de procédés et les atouts de la technologie sont rappelés.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.