Fabrication additive : procédés et matériaux – ce qui se cache derrière le mot impression 3D

Ce qu’est la fabrication additive

La fabrication additive construit une pièce couche par couche à partir d’un modèle numérique – on ajoute de la matière, on ne l’enlève pas comme au tournage ou au fraisage et on ne la déforme pas comme à la forge. L’ISO/ASTM 52900 classe tous les procédés en sept catégories : fusion sur lit de poudre (PBF), dépôt sous énergie concentrée (DED), projection de liant (BJT), extrusion de matière (MEX), projection de matière (MJT), stratification de feuilles (SHL) et photopolymérisation en cuve (VPP). L’abréviation nomme la catégorie, la source d’énergie et le matériau : PBF-LB/M est la fusion sur lit de poudre par faisceau laser dans le métal, DED-Arc le dépôt sous énergie concentrée à l’arc. Qui lit une offre ou une évaluation a besoin de ces abréviations – elles figurent dans notre glossaire.

Les cinq procédés métal comparés

Le tableau met les procédés métal côte à côte – source d’énergie, matière de départ, force et limite. Ce qui manque est volontairement omis : les noms de fabricants de machines et les prix. Les ordres de grandeur du volume de construction et du taux de dépôt sont le savoir général de la famille de procédés, pas des valeurs de fabricants.

Fusion sur lit de poudre par laser (PBF-LB/M)

Le procédé de la plupart des pièces d’équipements sous pression certifiées : un laser fond la poudre métallique couche par couche dans un volume de construction allant typiquement jusqu’à 400 mm d’arête environ. Il réalise des canaux internes, des parois minces et des structures en treillis qu’aucun autre procédé n’atteint – et il est lent, cher au kilogramme et exige des structures de support, un traitement thermique et l’usinage des surfaces fonctionnelles. Porosité résiduelle et anisotropie ne se discutent pas sans HIP ; le contrôle des défauts internes réclame la tomographie là où les ultrasons échouent sur la surface rugueuse.

Fusion par faisceau d’électrons (PBF-EB/M)

Le faisceau d’électrons travaille sous vide avec un lit de poudre préchauffé – faibles contraintes résiduelles, bon pour le titane et les alliages réactifs. Pour l’acier, peu d’alliages sont qualifiés, la surface est plus grossière ; en tuyauterie, le procédé ne joue guère de rôle.

Dépôt sous énergie concentrée avec poudre (DED-LB) et avec fil (DED-Arc, WAAM)

Le rechargement est la plus ancienne fabrication additive : un laser ou un arc fond de la poudre ou du fil sur une pièce de base ou une plaque de base. Avec laser et poudre, on répare et on plaque sièges, tiges et surfaces d’usure – avec précision et faible apport de chaleur. Avec arc et fil (WAAM) naissent de grandes pièces en acier à faible coût de matière : ébauches, tubulures, pièces spéciales d’un mètre de long, à partir de fils qualifiés pour le soudage – grossier, avec apport de chaleur élevé et déformation, toujours avec usinage de toutes les surfaces fonctionnelles. Comme c’est du soudage, les règles du soudage s’appliquent ; dans le monde ASME, le Code Case 3020 couvre le dépôt arc-fil pour les pièces sous pression.

Projection de liant (BJT/M)

Un liant agglomère la poudre en pièce verte, qui est ensuite frittée. Rapide et bon marché pour des séries de petites pièces, sans structures de support – mais avec 15 à 20 % de retrait au frittage, une porosité résiduelle et une taille limitée. Pour les pièces de tuyauterie sous pression, aucune qualification n’est connue.

Où la fabrication additive a sa force – et où non

Sa force : la pièce unique et la petite série pour lesquelles aucun outillage ni aucune matrice de forge ne se justifie ; les pièces à canaux internes qui ne se percent pas (collecteurs, noyaux d’échangeurs, canaux de refroidissement dans les corps) ; le gain de masse par structures en treillis ; la pièce de rechange pour laquelle le fabricant n’a plus d’outillage ; la réparation sur la pièce existante. Sa faiblesse : tout ce qui est laminé, étiré, forgé ou moulé en masse – c’est-à-dire presque tout ce qui a une norme de produit en tuyauterie. Les géométries longues et élancées comme les tubes n’entrent dans aucun volume de construction ; les pièces de révolution comme les réductions, le tour les fait plus denses, plus vite et moins cher. Le prix au kilogramme de matière imprimée dépasse de plusieurs ordres de grandeur celui de la matière laminée – de combien, cela dépend du matériau, du procédé et du parachèvement et relève du calcul au cas par cas.

Impression 3D plastique en tuyauterie : gabarits oui, conduites non

L’imprimante à filament plastique (extrusion de matière, FDM) ou le frittage laser de polyamide se trouve dans beaucoup d’ateliers – et y a du sens : gabarits de perçage et de traçage, pièces d’essai à présenter sur l’existant, maquettes pour la discussion avec le client, supports et capuchons de protection pour brides et extrémités de tubes à l’entrepôt. Ce qui ne marche pas : des raccords imprimés pour conduites sous pression. Ils ne sont pas étanches à la pression (adhérence des couches, porosité), pas résistants au fluage sous charge et température durables, et ils n’ont aucune homologation – ni DVGW ni selon le règlement sur l’eau potable. Qui a besoin de systèmes de tuyauterie plastique les trouve comme systèmes éprouvés dans les systèmes plastiques GF : PP, PE, PVDF et ABS avec raccords, technique d’assemblage et homologation d’une seule source.

Pour aller plus loin

Le thème : Fabrication additive en tuyauterie · Métal et acier : classes de pièces · Réglementation et homologation · Matrice d’aptitude · Assistant de demande pièce spéciale.

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