Article de référence | Réf : BM7950 v2

Fabrication additive : contrôles

Auteur(s) : Anne-Françoise OBATON

Date de publication : 10 nov. 2022

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RÉSUMÉ

La fabrication additive s’impose progressivement dans l’industrie et le médical. Cependant, pour que la technologie soit complètement adoptée, il est nécessaire d’établir que les caractéristiques des pièces réalisées en fabrication additive sont équivalentes à celles réalisées traditionnellement. Cela requiert la réalisation de contrôles à tous les stades du processus de fabrication: sur la matière première, sur le matériau, sur la pièce finie et sur la machine de fabrication. Après quelques rappels de rigueur, cet article identifie les contrôles spécifiques à la fabrication additive. Ensuite, ces contrôles sont repris en détail et des méthodes de caractérisation sont proposées.

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ABSTRACT

Additive manufacturing: controls

Additive manufacturing is increasingly used in industry and the medical sector. However, the technology can be fully adopted only if there is proof that the characteristics of the additive manufactured parts are equivalent to those produced traditionally. Inspections are required at all stages of the manufacturing process chain: feedstock, material, finished part and machinery. After a reminder of some basics, this article specifies the inspections needed in additive manufacturing. These are then presented in detail, and characterization methods are proposed.

Auteur(s)

  • Anne-Françoise OBATON : Docteur (HDR) en métrologie pour la fabrication additive, - Laboratoire commun de métrologie LNE/CNAM, - Laboratoire National de Métrologie et d’Essais (LNE), Paris, France

INTRODUCTION

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.

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KEYWORDS

additive manufacturing   |   controls

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-bm7950


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NF EN ISO 17296-2 -   Fabrication additive – Principes généraux – Partie 2 : vue d’ensemble des catégories de procédés et des matières premières.  -  Ed., p. 16 (2016).

  • (2) - CHAUVEAU (D.), BOUVET (P.), OBATON (A.-F.), GROSJEAN (C.), NOËL (A.), SCANDELLA (F.), BOURLET (C.) -   Review of additive manufacturing standards and proposal to speed up the development of NDT ISO/ASTM standards-part 1.  -  STC 05-06/2021.

  • (3) - CHAUVEAU (D.), BOUVET (P.), OBATON (A.-F.), GROSJEAN (C.), NOËL (A.), SCANDELLA (F.), BOURLET (C.) -   Review of additive manufacturing standards and proposal to speed up the development of NDT ISO/ASTM standards-part 2.  -  STC 07-08/2021.

  • (4) - OBATON (A.-F.), FAIN (J.), DJEMAÏ (M.), MEINEL (D.), LÉONARD (F.), MAHÉ (E.), LÉCUELLE (B.), FOUCHET (J.-J.), BRUNO (G.) -   In vivo XCT bone characterization of lattice structured implants fabricated by additive manufacturing : a case report.  -  Heliyon 3, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2017.e00374 (2017).

  • (5)...

1 Événements

De nombreux séminaires ou journées techniques sont dispensés chaque année sur le thème de la fabrication additive. Des sessions dédiées à la FA sont intégrées dans de grands événements comme le salon de l’aéronautique ou encore le salon de l’industrie. Cependant, les deux principaux salons nationaux dédiés entièrement à la FA se tiennent annuellement à Lyon :

Au cours de ces salons, on peut assister à des conférences ou à des tables rondes et rencontrer des industriels.

Toutefois, les Assises de France Additive sont un événement national incontournable sur la FA. Elles ont lieu chaque année, au mois de juin, à l’École Centrale Paris. Cette conférence de qualité permet de rencontrer tous les acteurs du domaine et d’avoir une vue d’ensemble de ce qui se fait en FA en France dans tous les secteurs d’activités aussi bien dans l’industrie, que dans le médical, l’art et la bijouterie ( https://franceadditive.tech/aefa/).

Évidemment, de nombreuses conférences internationales se tiennent à l’étranger.

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