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DES FORMES COMPLEXES RÉALISÉES EN UN CLIN D'OEIL

Mirel Scherer

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Le système de fusion laser mis au point par l'Irepa Laser assure la fabrication rapide d'éléments sur des pièces métalliques existantes.

Une fois n'est pas coutume, surtout dans le domaine du prototypage rapide : la dernière invention est française et c'est, cerise sur le gâteau, une petite révolution dans la fabrication rapide que propose l'Irepa Laser. Après plusieurs années de recherches, le centre technologique d'Illkirch (Bas-Rhin) spécialisé dans les applications laser, a mis au point un système capable de construire par fusion laser d'une poudre métallique des parties qui s'ajoutent à des pièces existantes ou de reconstruire la pièce pour réparer des parties usées.

Des poudres métalliques fondues par un laser

« C'est ce qui fait l'intérêt de ce procédé original pour les industries, comme l'aéronautique par exemple, qui utilisent des pièces métalliques à forte valeur ajoutée, faisant souvent appel à des matériaux onéreux (alliages de titane, superalliages) et qui nécessitent des mises en forme conduisant à des pertes de matière importantes par usinage », explique Didier Boisselier, responsable technique à l'Irepa Laser. Pour certaines pièces, obtenues à partir d'alliages forgés, le recours obligatoire à des outillages augmente leur coût et les délais de réalisation. Baptisé Clad (Construction laser additive directe) le procédé de fabrication rapide mis au point par l'Irepa élimine ces problèmes de coût par des gains de matière et de délai de fabrication. Son secret : des poudres métalliques fondues à l'aide d'un faisceau laser et déposées couche après couche sur un substrat afin de construire le profil de pièce désiré. Pour cela il a fallu développer une buse coaxiale spécifique (brevetée par l'Irepa en 1995) qui assure l'injection des poudres métalliques à grand rendement et avec un dépôt multidirectionnel. Autre développement essentiel : le logiciel Power Clad qui assure le pilotage du système et de la fabrication couche par couche, un outil développé par Delcam sur la base de son logiciel de FAO (fabrication assistée par ordinateur) PowerMill. « Notre procédé cumule plusieurs avantages », relève le spécialiste de l'Irepa. « Facile à contrôler, il n'est pas limité par la taille des composants et permet d'ajouter rapidement des fonctionnalités sur des pièces existantes, comme des nervures sur une tôle, supprimant de ce fait des opérations longues d'usinage et des pertes de matière conséquentes. On peut aussi créer des formes (bossage par exemple) sur des pièces de fonderie, qui ne pourraient pas être obtenues directement avec des formes appropriées du moule. Enfin, l'apport de poudres se faisant en continu, il est possible d'agir sur les poudres injectées en faisant varier leur nature en fonction du temps. On peut ainsi influencer les caractéristiques de la matière et obtenir des gradients de propriétés sur une même pièce.

Le procédé est proposé en deux variantes avec des configurations différentes (voir photos) : MésoClad (ces pièces de faibles inertie et épaisseur peuvent être construites directement aux cotes finales) et MacroClad (pièces de fortes inertie et épaisseur). Dans ce dernier cas, on crée une ébauche à usiner.

Le prodédé limite les déchets et les copeaux

Mais quels sont les bénéfices économiques du procédé ? Comparé à l'usinage classique dans la masse pour la réalisation de pales sur un tube en acier inox, le procédé a fait merveille. « Pour une petite série de fabrication de 100 pièces, on gagne 57 % sur le coût et on réduit plus de quatre fois le temps de fabrication », constate l'expert. Sans compter les pertes de matière sous forme de copeaux, l'approvisionnement plus simple d'un tube en acier inox de 80 mm de diamètre plutôt que 125 mm, et une liberté quasi-totale au niveau des formes de pales.

« Mais au-delà de ces gains économiques très intéressants, le procédé provoquera un véritable bouleversement industriel, dans le bon sens du terme », juge Didier Boisselier. En mettant en oeuvre par exemple, des nouveaux matériaux (multimatériaux par exemple), tout en respectant le cahier des charges technique mais avec moins de matière et des réductions d'énergie. Ou en limitant la quantité de déchets à retraiter, en réduisant les volumes de copeaux produits et de fluide de coupe utilisé, etc.

Pour le spécialiste, « ces grands changements dans la conception des produits peuvent être aussi à l'origine de mutations technologiques dans les systèmes de production. » L'absence ou la forte réduction du besoin en outillages aura un impact, à la fois sur le coût des pièces et sur le retour sur investissement, mais surtout sur les délais de réalisation, car les pièces peuvent être rapidement fabriquées, directement à partir du modèle CAO. « Il est évident que ces technologies de fabrication rapide ne sont adaptées aujourd'hui, qu'à la fabrication des pièces unitaires ou des prototypes fonctionnels, voir en petites séries. » Mais demain ? En attendant, les intéressés pourront découvrir la machine et le procédé Clad au salon Industrie 2009 en mars prochain à Lyon dans la présentation Industrie 2020.

UN PROCÉDÉ, DEUX VARIANTES

Deux machines ont été testées à l'Irepa. L'une, la Varilas 2, supporte les deux approches, l'autre n'assure que le MésoClad. Les variantes sont réalisées en combinant les différentes buses et lasers.

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