La première usine de fabrication additive aéronautique au monde

Réputé pour son savoir-faire dans le domaine de la fabrication additive par fusion métallique, la société italienne Avio Aero (filiale de General Electric) exploite à Cameri proche de Turin depuis décembre dernier, une vraie usine de fabrication additive. Son objectif est d’exploiter à terme, dans cette unité de production une soixantaine de machines. Pour l’heure, la société dispose de deux machines DMLM (direct metal laser melting) d’EOS et de sept machines de fusion par faisceau d’électrons d’Arcam. Quatre autres équipements de ce dernier sont en cours de livraison. Entretien à la conférence laser AKL’14 d’Aix la Chapelle avec Mauro Varetti, ingénieur chez Avio Aero.

 

Fabrication Mécanique : Vous est en train de mettre en place une véritable usine de fabrication additive. Quels en sont vos objectifs ?

 

Mauro Varetti : Nous sommes passés en quelques années de la fabrication additive de prototypes à la production en série de pièces aéronautiques. Notre filiale FA qui s’appelle Avio PROP dispose d’une usine qui a une superficie de 12 000 m2. Mais elle peut être agrandie jusqu’à deux fois pour recevoir un total de 60 machines. Une dizaine d’employés travaillent dans cette unité de production qui compte aussi un centre de formation, un laboratoire chimique, un système d’atomisation de gaz pour la production de poudre métallique… Nous comptons ainsi produire à partir de l’année prochaine notre propre poudre métallique ce qui permettra de réduire les coûts. L’usine dispose d’une centrale électrique de 1,6 MW, d’une installation de refroidissement de l’eau, de compresseurs, d’un environnement contrôlé (humidité de 50%, température 24 ° +/- 3°C)…

 

Vous installez des machines différentes. Comment pilotez-vous cet ensemble peu cohérent ?

 

 

 

Nous avons mis au point une plateforme basée sur les logiciels Streamics de Materialise. Elle peut contrôler le processus de fabrication de différentes machines de fusion métallique, que ce soit celles d’EOS, d’Arcam, de SLM, Phoenix Systèmes (3D Systems) ou de Concept Laser. Il s’agit d’un processus standard et automatisé. Les paramètres de fabrication sont prédéfinis et les pièces sont repérées grâce à un système d’identification par code à barres. Leur traçabilité est ainsi complète et nous éditons un rapport de fabrication complet pour chaque pièce. Nous avons ainsi mis en place une approche plug & play et le contrôle est assuré en temps réel.

 

Les matériaux jouent un rôle essentiel dans la fabrication additive. Comment prenez-vous en compte cet aspect ?

 

Nous définissons grâce à notre laboratoire chaque poudre utilisée et nous identifions les domaines d’application idoine pour chacune. Les quantités et les qualités sont rassemblées dans une base de données. Nous pouvons maîtriser ainsi la porosité ou la contamination des pièces fabriquées, vérifier l’adaptation à la fabrication des microstructures ou les défauts.

 

Vous utilisez aussi bien des machines laser que l’EBM. Quelle est la différence entre les deux solutions ?

 

 

 

Les deux systèmes sont complémentaires, il faut donc choisir celui qui correspond mieux à l’application. Les machines de fusion laser fabriquent des pièces plus précises que l’EBM, tandis que ce dernier est plus productif et coûte moins cher. Néanmoins, les deux systèmes fabriquent des pièces dont les propriétés mécaniques sont meilleures que celles obtenues par les procédés conventionnels. Exemple : la résistance à la fatigue obtenue avec la machine EOS est 32% supérieure à celle fournie par fonderie, celle de la machine Arcam est 12% supérieure à la fonderie (matériau : Ti6Al4V). La résistance à la traction est 15% supérieure avec la machine EOS et 12% avec la machine Arcam (même matériau). Il faut dire que les machines Arcam que nous utilisons disposent de certaines licences exclusives que nous avons développées en collaboration avec le constructeur suédois.

 

Vous allez produire des pièces en grande série. Quels en sont les quantités que vous envisagez ?

 

Quelques exemples parleront mieux qu’un long discours. Les injecteurs pour les moteurs d’avion seront produits en séries de 40 000 unités/an à partir de 2020 avec une centaine de machines. Des lames pour les turbines peuvent être fabriquées en séries de plusieurs dizaines de milliers d’unités par an. Avec de multiples avantages comparé à l’approche classique (fonderie) : il ne faut que 1,5 kg de matière initiale pour réaliser une pièce d’un kilo, tandis qu’en fonderie il en faut 4 kg. L’économie d’énergie et de matériaux s’ajoute à la réduction sensible des délais. La fusion métallique étant beaucoup plus rapide que le processus de fonderie.

 

Comment se déroule le processus de contrôle et de certification des pièces ?

 

 

Ces processus comportent plusieurs phases. La phase 1 concerne les matériaux (poudres), les logiciels, les équipements et le personnel. Après nous contrôlons et certifions les machines, le matériel et les applications avec des produits test. Nous passons ensuite à la phase finale qui comporte la qualification de la géométrie des pièces et la fabrication. D’une manière générale, nous avons constaté que le processus de fabrication additive peut être contrôlé mieux que tout autre procédé conventionnel de fabrication.

 

Quels sont vos constatations concernant les coûts de la fabrication additive ?

 

Il est évident que plus la pièce est complexe et le matériau cher, comme les alliages de Ni ou de Co, plus la fabrication additive est avantageuse en terme de coûts par rapport aux procédés conventionnels. Même constat dans le cas de la fabrication additive d’un assemblage complexe. La consommation d’énergie est plus réduite et la pollution est quasi nulle. La superficie occupée par les machines de fabrication additive est moins importante, les ateliers nécessaires sont donc plus petits. Mais il ne faut pas utiliser la fabrication additive pour résoudre des problèmes de fabrication soulevées par des pièces conçues pour être fabriquées avec des machines conventionnelles.

 

 

 

 

 

 

Informations : http://www.avioaero.com/en/media_center/press_releases/2013/pres/avio_aero/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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