Fabrication additive: impression 3D en production

Dans l’usine du futur, les méthodes de production innovantes apporteront des avantages majeurs qui profiteront principalement aux clients. En jetant un coup d'œil sur cet avenir, nous découvrons les opportunités offertes par la fabrication additive et la nouvelle technologie laser.

Tout comme la coupe du bois crée des éclats, le forgeage du métal provoque la formation d’étincelles – et ces dernières continueront certainement de se produire si de nouvelles méthodes de production s’implantent dans les usines du monde entier. Cependant, on peut s’attendre à une diminution du nombre d’étincelles volantes, les lasers remplaçant les masses crues chaudes et les matériaux durcis. Les lasers déposent couche par couche de la poudre de métal ou de plastique, micromètre par micromètre, puis fusionnent pour créer le produit fini.

La fabrication additive – communément appelée impression 3D – est en passe de transformer des idées de la sphère numérique en réalités physiques. Christian Thönes, président du directoire du fabricant d’outils DMG MORI, estime que cette méthode illustre parfaitement la portée physique de la digitalisation : « La fabrication additive matérialise les idées des ingénieurs et permet de produire des conceptions bien pensées du monde numérique en vrai. » Par exemple, les composants complexes produits à l’aide de la fabrication additive ne doivent plus se composer de 80 pièces individuelles, mais peuvent être créés en une seule pièce continue. Et la forme ne doit plus être un facteur limitant, bien au contraire. Par exemple, des structures empruntées à la nature pourraient permettre une conception plus efficace des refroidisseurs contenant des blocs-piles ou des piles à combustible, permettant ainsi à des conceptions occupant beaucoup moins de place une fois installées, mais néanmoins deux fois plus efficaces que les composants produits traditionnellement.

Au centre de développement Weissach, les ingénieurs de Porsche étudient les procédures

Cette opportunité est nouvelle car la géométrie et la physique imposent des restrictions claires sur ce qui peut être réalisé dans la production «d’usinage» conventionnelle, en utilisant le tournage ou le fraisage. Par exemple, un arbre creux avec des nervures intérieures ne peut tout simplement pas être fabriqué en tournant seul; et même lorsque le tournage est utilisé en combinaison avec le fraisage, les possibilités sont très limitées. La création réussie de tels composants a donc nécessité la combinaison de plusieurs pièces individuelles. Les méthodes de fabrication additive peuvent produire de nouveaux composants extrêmement complexes, à partir de poudre métallique ou plastique, utilisant l’énergie laser. Au centre de développement de Weissach, les ingénieurs de Porsche étudient ces procédures, notamment pour la fabrication d’arbres de rotor pour moteurs électriques.

Mais comment ça marche exactement? Il existe actuellement deux méthodes:

• Dans la procédure poudre et buse, la poudre de métal est dirigée vers une buse via un flux de gaz. La buse et un faisceau laser se focalisent sur le même point, où la poudre de métal est fondue par le laser – la tête de production, composée d’une buse et d’un laser, peut être manœuvrée le long de cinq axes au maximum pendant ce processus.

• La procédure au lit de poudre utilise un laser pour fusionner la poudre de métal, qui a été appliquée sur toute la surface, à des points spécifiques; le composant grandit alors en plusieurs couches d’épaisseur comprise entre 20 et 100 micromètres. Cette méthode permet la production de presque toutes les formes imaginables.

Plus léger, plus durable et plus individuel

Les outils produits à l'aide de la fabrication additive présentent l'avantage d'une durabilité accrue à long terme, résultant d'exigences précisément calculées et mises en œuvre, ainsi que d'un tri préalable pour le recyclage en fin de vie. Ce n’est pas une surprise si Thönes, PDG de DMG Mori, est également enthousiasmé par cette nouvelle technologie, en particulier, à la lumière d'un avantage important des composants fabriqués à l'aide de la fabrication additive: ils permettent de réduire le poids, ce qui est crucial pour la construction de véhicules. « Il est de plus en plus important pour les constructeurs automobiles que les composants soient plus légers », explique Thönes. « Cela est dû à la réduction associée de la consommation de carburant et à la réduction des émissions de dioxyde de carbone. »

Cependant, il souligne que la médaille a deux faces : « D’une part, les possibilités sont presque illimitées : nous pouvons atteindre un poids nettement inférieur, une fonctionnalité optimale et des composants parfaitement personnalisés. En revanche, la productivité reste l’un des grands défis. » Les procédures traditionnelles de pressage, de fraisage et de coulée ont encore un avantage en termes de rapidité de production. Les ingénieurs Porsche de Weissach sont parvenus à la même conclusion : « Un arbre de rotor tel que celui-ci peut encore prendre jusqu’à 13 heures », commente Frank Ickinger travaillant au pré-développement des moteurs.

Industrie 4.0 dans la construction automobile

Les ingénieurs travaillent dur sur cela aussi. Non seulement ils étudient de manière intensive les moyens d’accélérer la fabrication additive de pièces à usiner, mais les développeurs optimisent également en permanence l’interaction entre les pièces produites de manière traditionnelle et celles créées à l’aide de ces méthodes innovantes. Et la nouvelle technologie facilite également la combinaison de différents matériaux. « Par exemple, un faisceau laser qui génère quelques milliers de degrés Celsius de manière focalisée peut être utilisé pour fondre de l’acier inoxydable avec du plastique », explique Thönes.

Du point de vue des gestionnaires, la fusion étroite de techniques de production innovantes et de technologies de l’information de pointe est un élément de l’usine du futur. La manière dont les pièces – et finalement des véhicules entiers – seront produites à l’avenir est résumée sous le terme clé «Industrie 4.0». Cette phrase à la mode fait référence au fait que la production est contrôlée par ordinateur dans une mesure qui dépasse de loin l’actionnement de fraiseuses ou de robots industriels : la vision ultime consiste à mettre en réseau toutes les machines et stations d’un processus de production. Ce ne sont pas seulement les constructeurs automobiles tels que Porsche qui vont en bénéficier. Les clients bénéficieront également d’avantages tangibles de l’avenir connecté de la production. Par exemple, il sera possible de répondre aux demandes individuelles des clients directement au stade de la production – pas seulement dans les processus de finition ou de fabrication en aval. De plus, les clients pourront modifier les équipements spéciaux, les couleurs, les jantes et les matériaux jusqu’au moment de la production.

Une Porsche dans son intégralité sera toujours une expérience vraiment spéciale

Cependant, une chose est certaine en ce qui concerne Christian Thönes : « Si la fabrication additive offre de nombreux avantages, il est également évident que les processus de production traditionnels, tels que le tournage et le fraisage, continueront d’avoir leur place à l’avenir ». Les précisions jusqu’à 0,1 mm continueront à être garanties avec les machines-outils traditionnelles très précises. Une autre chose sur laquelle vous pouvez compter est que si ses pièces sont fabriquées à l'aide d'une matrice, d'une fraiseuse, d'un robot laser ou d'une imprimante 3D, une Porsche dans son ensemble restera toujours une expérience vraiment spéciale - et sera donc toujours sensiblement plus que la somme de ses parties.

Source : Communiqué de Presse Newsroom Porsche