Nous recevons trois invités :

Marjorie Goudal, cheffe du pôle design & simulation chez Lisi Aerospace Additive Manufacturing
Alexis René-Corail, responsable R&D chez Lisi Aerospace Additive Manufacturing
Mathieu Pérennou, directeur stratégie & développement pour l’activité fabrication additive dans le groupe Hexagon

Sur notre plateau de Boulogne-Billancourt, ils évoquent :

• Le design de la pièce avant son impression
• La préparation des supports de la pièce et son positionnement dans la machine
• La simulation du process de fabrication
• La désolidarisation de la pièce de ses supports
• Les différentes opérations de post-traitement et de finition
• Le moyens utilisés pour le contrôle qualité

Chez Lisi Aerospace Additive Manufacturing (LAAM), quand le plan d’une pièce à imprimer arrive dans l’entreprise, deux cas de figurent se présentent, explique Marjorie Goudal, cheffe du pôle design et simulation. Soit on reçoit le plan d’une pièce qui est déjà designée et optimisée pour la technologie de fabrication additive, soit elle ne l’est pas. Dans ce dernier cas, « les plans sont généralement déjà figés, mais on essaie quand même d’échanger avec le client pour lui proposer des améliorations et des optimisations pour la technologie ».

Une des spécificités de la fabrication additive, c’est la liberté de conception qu’on peut obtenir, rappelle Mathieu Pérennou, directeur stratégie et développement pour l’activité fabrication additive dans le groupe Hexagon. « Du coup, on peut créer des formes très complexes et très optimisées, mais ça ne garantit pas non plus la fabricabilité », prévient-il. Et d’ajouter, pour rebondir au témoignage de Marjorie Goudal, « quand une entreprise comme Lisi reçoit une pièce qui est prévue pour la fabrication additive mais qui est figée, il y a un intérêt pour le sous-traitant et le donneur d’ordre de travailler ensemble afin de s’assurer de sa fabricabilité et qu’il pourrait être possible de changer le design pour rendre la pièce à la fois plus rapide en fabrication et moins chère ».

Chez LAAM, le processus de fabrication additive d’une pièce démarre dès réception de son modèle 3D. Les équipes vont alors « rajouter de la matière » afin de pouvoir réaliser les étapes de post-traitement, qui restent nécessaires, comme par exemple l’usinage. « Ensuite, décrit Marjorie Goudal, on vient rajouter une structure qu’on appelle support de fabrication pour permettre la fabrication de la pièce dans le lit de poudre de la technologie. On rajoute aussi les éléments de contrôle demandés par le client, comme des éprouvettes. »

« En impression 3D, on fabrique une pièce, mais on fabrique également une matière »

Des éprouvettes ? « Ce qu’il y a aussi de particulier dans l’impression 3D, c’est qu’on fabrique une pièce, mais on fabrique également une matière. Donc toute variation de paramétrie peut avoir un impact sur la qualité de la matière. C’est pour cette raison-là qu’on peut être amené à imprimer en même temps des éprouvettes test afin de pouvoir vérifier la qualité de la matière », justifie Mathieu Pérennou.

Avant de lancer la production, une simulation du process est réalisée, car il y a, d’une certaine manière, une part d’inconnu. « Est-ce qu’il va y avoir un arrêt en cours de la production ou est-ce qu’elle va aller jusqu’au bout ? Est-ce que la pièce, une fois finie, sera déformée et de quelle valeur ? », énumère Marjorie Goudal, qui devra également s’assurer qu’aucun défaut ne sera rencontré sur la pièce, comme des lignes ou des fissures. Pour prédire ces incertitudes, la PME implantée à Ayguemorte-les-Graves, près de Bordeaux (Gironde) s’appuie sur le logiciel Simufact Additive, du groupe Hexagon. La simulation permet ainsi, « d’anticiper les problèmes qu’on pourrait rencontrer en production, donc de débugger une production et de s’assurer que la pièce va sortir sans défauts et réduire au maximum les essais physiques, souligne M. Pérennou. En fait, la simulation peut être comparée à une imprimante virtuelle. Ce qu’on fait en simulation, c’est exactement la même chose qu’on va faire en production. Simplement, on le fait en amont, sans imprimer, donc sans prendre de temps machine, sans occuper les machines qui devraient être utilisées en production et pour essayer d’optimiser le procédé ».

Le traitement thermique pour enlever les contraintes sur la pièce

Une fois la pièce imprimée, d’autres opérations vont s’enchaîner. Chez LAAM, « on va tout d’abord réaliser un traitement thermique pour enlever toutes les contraintes qui sont dans la pièce dues à l’impression et la technologie, raconte Mme Goudal. On va désolidariser la pièce du plateau de production, à l’aide d’une scie spécialisée ou d’une découpe fil. La pièce passe alors entre les mains des opérateurs qui viennent retirer tous les supports de fabrication qu’on avait prévus au préalable avant de lancer la production ».

« Le post-traitement est l’étape majeure, car toutes opérations qui vont suivre serviront à ajouter de la valeur à la pièce, poursuit Alexis René-Corail, responsable R&D chez Lisi Aerospace Additive Manufacturing. Sans oublier l’usinage, qui va nous permettre de mettre à la cote les surfaces fonctionnelles de la pièce et donc lui rendre sa fonction finale, avec les tolérances associées. »

Même en post-traitement, la simulation peut également s’avérer très utile. Ainsi, on va pouvoir simuler « le traitement thermique pour faire une relaxation de contrainte », glisse M. Pérennou. En effet, le traitement thermique va influencer « les niveaux de contrainte dans la pièce, donc potentiellement, ça peut générer des déformations complémentaires ».

Nos deux experts de Lisi Aerospace ont apporté une des pièces de leur production. Il s’agit ici d’un support d’antenne pour les satellites. Produite à la demande de Thales Alenia Space, cette pièce en aluminium présente un design aéré, qui a été « optimisé pour réduire fortement la masse et être productif dans la fabrication additive », explique Marjorie Goudal.

« Examiner le cœur de la matière »

Là aussi, des éprouvettes ont été associées lors de la fabrication du support d’antenne. Des éprouvettes qui ont, ensuite, été utilisées pour réaliser des tests de traction mécanique et de métallographie, afin d’ « examiner le cœur de la matière pour voir justement si le process s’est bien déroulé durant sa fabrication », évoque Alexis René-Corail. Et d’ajouter : « Le contrôle dimensionnel est important pour ce type de technologie qui implique des déformations. Ces déformations doivent être maîtrisées d’une manière ou d’une autre. Soit par simulation, par anticipation de la forme, car il faudra quand même qu’on puisse contrôler que la machine a bien délivré la pièce dans la bonne forme et dans la bonne dimension. » L’utilisation d’un scanner 3D permettra d’acquérir, par image, la surface extérieure de la pièce afin de la comparer à son modèle numérique.

« Quand on voit la géométrie de cette pièce, commente Mathieu Pérennou, on voit qu’elle a été vraiment optimisée. Il y a des branches qui sont fines. Qu’est-ce que ça veut dire ? Ça veut dire qu’on a diminué la masse au maximum. Ça veut aussi dire que, potentiellement, toutes les surfaces sont fonctionnelles. Donc c’est de là que vient l’intérêt de scanner en 3D les pièces. Parce qu’en fait, pour s’assurer que la pièce soit conforme, il faut vraiment contrôler l’ensemble de la géométrie. »

La tomographie peut également venir au secours des fabricants. Car ce moyen va permettre de contrôler plus en profondeur, « de voir ce qui se passe à l’intérieur de la pièce, précise Mathieu Pérennou. Mais aussi de contrôler d’autres défauts potentiels. Si on a des canaux intérieurs, on va s’assurer, par exemple, qu’il n’y a pas de poudre qui soit restée dans les canaux. »