Le mariage de la fabrication additive et de la machine-outil est sans doute une des tendances majeures de ces dernières années. Après la présentation de la première machine hybride par Matsuura au salon Euromold en 2011, d’autres constructeurs ont rejoint ce club très fermé. Il s’agit souvent de solutions qui utilisent comme base un centre d’usinage 5 axes et combinent un système de cladding ou de construction par fusion de poudre métallique (voir un autre procédé) avec un dispositif d’usinage (fraisage ou rectification). Arrivée à sa quatrième version et baptisée Lumex Avance-25 (https://www.youtube.com/watch?v=A25AQcwlGoA), la machine du constructeur japonais Matsuura a attirée de nombreux visiteurs au salon Formnext en novembre dernier à Francfort (Allemagne) intéressés de voir comment pourrait-il s’appliquer à leur problème spécifique de fabrication. Capable de fabriquer de A à Z des outillages complexes de précision, l’équipement allie un système de construction par fusion de poudre métallique avec un dispositif séparé de fraisage. Selon le constructeur japonais, plusieurs exemplaires font leurs preuves chez des moulistes au Japon et dans d’autres pays asiatiques. L’élimination des assemblages, des erreurs dimensionnelles et de certaines étapes dans la réalisation d’un moule complexe offrent à ces ateliers des gains sensibles.
D’autres constructeurs de machines-outils ont emboîté depuis 2011 le pas au fabricant japonais. Avec évidemment, des solutions différentes. DMG par exemple, a dévoilé en 2014 une machine dérivée de sa Lasertec. : la Lasertec 65 Additive (https://www.youtube.com/watch?v=dTD475HxQlA). Dotée d’une source laser de 2 kW, cette machine assure le fraisage 5 axes d’un moule complexe et ensuite rajoute des couches métalliques grâce au système de cladding laser. Ce qui permet de réparer des outillages coûteux ou rajouter des fonctions. L’équipement peut traiter des pièces de 600 mm de diamètre et 400 mm de hauteur (poids maximum : 600 kg) avec une vitesse de construction qui est selon le constructeur, dix fois plus grande que celle de machines de fusion de poudre métallique. La machine peut construire des parois dont l’épaisseur varie de 0,1 à 5 mm et compte une vingtaine d’installations.
Même approche pour le centre de recherches technologiques Manufacturing Technology Centre (MTC) qui a présenté à l’EMO 2013 à Hanovre (Allemagne) un équipement qui combine le procédés de cladding laser (déposition de poudre métallique fondue), de fraisage et de contrôle. MTC, qui est basé à Coventry en Grande Bretagne, a réalisé cette machine en collaboration avec Hybrid Manufacturing Technologies Ltd, Delcam Plc et Hamuel Reichenbacher GmbH. Le centre d’usinage HSMT1000 est le résultat de plus de cinq années de recherches et peut être utilisé aussi bien pour la réparation de pièces à forte valeur ajoutée que pour la fabrication de pièces métalliques complexes en petite série. (www.the-mtc.org/news/mtc-unveil-pioneering-laser-cladding-technology-at-european-conference).
Un autre constructeur allemand, Hermle pour ne pas le nommer, étudie depuis plusieurs années l’intégration de la fabrication additive. La machine hybride qu’il a développée n’est pas commercialisée mais elle est utilisée en sous-traitance pour des moulistes. Baptisée MPA (metal powder application), sa technologie est adaptée à la fabrication des moules d’injection et des outillages de fonderie. Elle peut ainsi être utilisée pour rajouter à des pièces de fonderie d’autres composants. La machine utilisée est un centre d’usinage 5 axes C-40 (http://www.hermle-generativ-fertigen.de/cms/en/technology/) qui dispose d’un système thermique de pulvérisation de poudre métallique. Les particules sont déposées via un tube à grande vitesse (200 cm3/h) grâce à un gaz qui les déplace et constitue un jet de plusieurs mm de diamètre. La machine peut ainsi traiter des pièces qui ont un diamètre de plus de 500 mm et différents matériaux (acier, inox, titane, aluminium, cuivre…). Le constructeur propose un système maison de CFAO capable d’étudier le processus hybride de conception/fabrication : le MPA Studio. Ce programme réalise le modèle de la pièce à fabriquer et analyse la construction couche par couche tout en assurant la simulation du processus complet ainsi que le contrôle de la qualité.
La mise au point d’un logiciel de CFAO adapté à cette nouvelle race de machines est d’ailleurs, un des objectifs majeurs de constructeurs. Une solution capable d’intégrer le savoir-faire en fabrication additive avec celui d’usinage, qui peut piloter une machine comme le fait la commande numérique sur une machine-outil classique. DMG par exemple, développe un tel système sur la base du logiciel de CFAO NX de Siemens. Une solution qui comporte une base de données « matériaux » et les paramètres nécessaires pour la fabrication additive (contrôle automatique de la puissance laser).
Mazak (https://www.mazakusa.com/news-events/press-releases/mazak-introduces-new-hybrid-multi-tasking-technology/) a dévoilé lui aussi une telle machine en 2014 au Japon. Le Integrex i-400 AM est une machine multifonction qui permet des usinages 5 axes et dispose d’un système de cladding (diamètres d’usinage de 500 mm et de cladding de 300 mm). La machine utilise un laser fibre de 1 kW qui assure la fusion et la déposition de la poudre couche par couche via une tête interchangeable qui est chargé dans le magasin d’outils avec les outils de coupe. Cette tête est fabriquée par Hybrid Manufacturing Technologies (http://www.hybridmanutech.com/technology.html). Original, l’équipement dévoilé par Mazak à l’EMO 2015 à Milan (Italie) disposait de deux têtes de cladding : une pour la déposition rapide et l’autre pour une fabrication plus fine. La machine de Mazak est pilotée par le système CNC SmoothX mis au point par le constructeur japonais pour le cladding. Pour la fabrication des pièces complexes, cette solution utilise un système de FAO externe.
La tête mise au point par Hybrid Manufacturing Technologies a été utilisée également par d’autres fabricants de machines-outils. Comme le constructeur allemand de rectifieuses Elb-Schliff WZM (https://www.youtube.com/watch?v=bIFHvpmgywg) qui propose une machine hybride originale. La millGRIND a été dévoilée au Bourget 2015 et assure des opérations de fraisage, perçage, alésage, de rectification de surface et de profile ainsi que de cladding. Avec le même objectif que les autres constructeurs : proposer une solution capable de traiter une pièce de A à Z. La machine réduit les coûts d’usinage dans le cas des alliages spéciaux et utilise des super-abrasifs qui assurent des précisions de 1/10 de micromètre.
Hardinge est partenaire avec Rochester Institute of Technology (RIT) pour intégrer la fabrication additive dans son centre d’usinage 5 axes GX 250. Un projet auquel participent Hybrid Manufacturing Technologies and IPG Photonics.
L’association de la rectification et de la fabrication additive est aussi l’objectif du projet de recherches mené par United Grinding, un groupement qui allie des sociétés comme Blohm, Ewag, Jung, Maegerle, Mikrose, Studer, Schaudt et Walter et qui a établi une joint venture avec des universités regroupées dans une association baptisée IRPD AG (http://www.inspire.ethz.ch/irpd/redirect.html). Située à St Gallen en Suisse, cette association est spécialisée dans la fabrication additive.
Spécialiste de la fabrication additive de pièces métalliques, Optomec propose un système de contrôle commande en temps réel pour les machines hybrides. Baptisé Smart Additive Manufacturing (SmartAM), cette technologie gère et adapte les paramètres du processus pendant la construction de la pièce avec son procédé LENS. Elle peut être intégrée dans les fraiseuses, les tours, les robots ainsi que les systèmes de découpe et de soudage laser.
Dans le domaine de machines multifonction, le constructeur autrichien WFL a provoqué la surprise à l’EMO 2015 en dévoilant une machine polyvalente. Construite sur la base de sa machine de tournage/fraisage M80 qui peut assurer des opérations de tournage sur des pièces de 1 m de diamètre, cet équipement dispose d’une source laser de 10 kW et peut être doté en option d’une source (laser diode) Laserline de 40 kW. Fabrication additive, cladding, traitement thermique, soudage…. la machine est extrêmement polyvalente. Ce qui permet de traiter de A à Z une pièce complexe en une seule fixation. Le constructeur utilise pour la programmation de cette machine le logiciel de FAO (fabrication assistée par ordinateur) TopSolid de Missler Software auquel il a rajouté des cycles d’usinage spécifiques pour ses applications. L’utilisateur dispose également du logiciel Millturn PRO qui est une solution du système de simulation du constructeur autrichien CrashGuardStudio.
Spécialiste émérite de l’électroérosion et de l’usinage à grande vitesse, le constructeur suisse GF Machining Solutions a annoncé en juillet 2015 un partenariat avec le fournisseur de machines de fabrication additive EOS. Le résultat n’a pas tardé a apparaître : les deux constructeurs ont dévoilé à l’EMO 2015 la machine AgieCharmilles
AM S 290 Tooling basée sur la machine de fusion métallique M290 d’EOS et destinée aux fabricants de moules et de matrices. Objectifs : garantir une liberté de conception sans limites (par exemple, des canaux de refroidissement et de chauffage conformes), des cycles plus courts, une productivité accrue, des produits plastiques de meilleure qualité et une consommation d’énergie réduite. Il reste néanmoins du pain sur la planche de deux constructeurs qui annoncent le développement de logiciels adaptés et des automatismes ainsi que l’intégration avec des moyens de mesure.
Le constructeur espagnol Ibarmia a utilisé lui aussi un de ses machines multifonction comme base pour sa machine hybride dévoilée toujours à l’EMO 2015. Dotée d’une source laser de 3 kW, la machine dispose d’un axe X de 1 600 à 12 000 mm ce qui fait de cet équipement l’un des plus grand dans ce type d’applications. La tête laser de la machine qui assure les opérations de cladding est fournie par Precitec.
Même démarche pour Hurco qui utilise un dispositif de fabrication additive de pièces plastiques qui peut être monté sur un de ses centres d’usinage. Il s’agit d’une tête qui distribue un fil plastique et qui est montée manuellement. Le contrôle de la machine surveille la température d’échauffement du fil et la vitesse de fabrication.
Enfin, Sodik a présenté à la Jimtof 2014 à Tokyo une machine hybride, la OPM250E. Destinée aux moulistes, elle dispose d’une broche d’usinage à grande vitesse (45 000 tr/min). Son originalité : les opérations d’usinage sont assurées pendant le processus de fabrication additive en fonction de besoins. La machine a un volume de travail de 250 mm3 et la source laser a une puissance de 500 W. La commande numérique de la machine assure le traitement du programme de fabrication directement du modèle CAO. La FAO a été mise au point par le laboratoire OPM spécialisé dans les logiciels pour la fabrication additive pour les moulistes. La machine sera visible en avril prochain dans les locaux de Villeneuve la Garenne de Celada France, le distributeur de Sodick dans l’Hexagone.
Reste pour l’utilisateur à choisir la solution adaptée à son application, en faisant une analyse technico-économique approfondie. Une démarche indispensable pour ne pas rater un investissement qui avoisine les 2 millions d’euros dans certains cas. Et ne pas se retrouver dans son atelier avec une solution d’usinage et de fabrication additive moyenne pour l’une comme pour l’autre…
Les fournisseurs de machines hybrides : Fournisseurs de machines hybrides
Fabrication Mécanique 
Superbe article !