L’impression 3D, une solution pour les pièces industrielles disparues

Pou­vez-vous expli­quer ce qu’est l’impression 3D et qui l’utilise ? 

Fabien Szmyt­ka. Les sec­teurs qui uti­lisent le plus l’impression 3D (ou fabri­ca­tion addi­tive) sont prin­ci­pa­le­ment les indus­tries manu­fac­tu­rières et les trans­ports, le sec­teur aéro­spa­tial et les sports méca­niques. Les impri­mantes 3D y sont uti­li­sées pour pro­duire des machines, des par­ties de robots, des pièces déta­chées, des outillages, des moules, des maquettes, etc.

En ce qui concerne les maté­riaux, les plus employés res­tent les poly­mères plas­tiques de dif­fé­rents for­mats (poudre, fil, etc.). Seule une petite par­tie des maté­riaux uti­li­sés sont métal­liques, céra­miques ou d’autres types. 

Dans l’industrie auto­mo­bile et les sports méca­niques, la fabri­ca­tion addi­tive a d’abord été uti­li­sée pour conce­voir des pro­to­types, mais aujourd’hui elle sert éga­le­ment à fabri­quer des pièces méca­niques aus­si bien que des élé­ments de desi­gn (car­ros­se­rie, aile­rons, etc.). À titre d’exemple, des fabri­cants auto­mo­biles comme Hon­da ont déjà construit des véhi­cules com­plè­te­ment impri­més en 3D, qui ne sont pas encore commercialisés.

Le monde aca­dé­mique a éga­le­ment de plus en plus recours à la fabri­ca­tion addi­tive pour sou­te­nir la recherche. De nom­breux pro­jets uti­lisent des pro­to­types expé­ri­men­taux conçus avec la tech­no­lo­gie de l’impression 3D. Pour ce faire, cer­tains labo­ra­toires ou ins­ti­tuts de recherche se sont dotés de leurs propres impri­mantes, voire de véri­tables Fab Labs (pour « fabri­ca­tion labo­ra­to­ry ») comme ceux, par exemple, de l’Institut Pas­teur (FLIP) ou de l’Institut Poly­tech­nique de Paris. 

Quels sont les prin­ci­paux atouts de la fabri­ca­tion addi­tive dans votre domaine ? 

La fabri­ca­tion addi­tive métal­lique per­met aujourd’hui de créer des pièces à la géo­mé­trie com­plexe, qui seraient impos­sibles à pro­duire en ayant recours à des pro­cé­dés tra­di­tion­nels ; des détails très fins, par exemple, se cas­se­raient lors d’un démou­lage en fon­de­rie classique. 

Pour les répa­ra­tions de cer­taines pièces, la sou­dure peut être uti­li­sée, mais cette tech­nique est très sen­sible aux condi­tions de mise en œuvre (tem­pé­ra­ture de l’air, humi­di­té) et est très dif­fi­cile à auto­ma­ti­ser. Il faut beau­coup d’opérateurs spé­cia­li­sés, dont la for­ma­tion néces­site un long temps d’apprentissage. La fabri­ca­tion addi­tive per­met donc, dans une cer­taine mesure, de pal­lier le manque d’ouvriers spécialisés.

En quoi consistent vos recherches sur l’impression 3D métallique ? 

Notre objec­tif est d’étudier les maté­riaux métal­liques pro­duits à l’aide de la fabri­ca­tion addi­tive. A par­tir d’une poudre métal­lique, et grâce à une tech­nique de pro­jec­tion de poudre (« Direc­ted Ener­gy Depo­si­tion »), nous pro­dui­sons nos propres maté­riaux, dont la qua­li­té dépend de plu­sieurs para­mètres : com­po­si­tion de la poudre, puis­sance et vitesse de la machine.… Nous obser­vons ensuite les effets de la varia­tion de ces para­mètres sur ses micro­struc­tures. Enfin, nous tes­tons la résis­tance aux sol­li­ci­ta­tions méca­niques de ce nou­veau maté­riau métal­lique, en éva­luant par exemple les défor­ma­tions pro­duites par une trac­tion, ou en mesu­rant les effets d’un trai­te­ment thermique. 

Dans notre labo­ra­toire, nous condui­sons des tests sur des struc­tures com­plexes qui se rap­prochent de la géo­mé­trie des pièces indus­trielles, alors que les tests stan­dards uti­lisent des éprou­vettes à géo­mé­tries plus simples (plaques, cylindres). Avec notre recherche sur les maté­riaux métal­liques, nous essayons de répondre aux exi­gences des par­te­naires indus­triels, qui peuvent nous deman­der de déve­lop­per un maté­riau répon­dant à des carac­té­ris­tiques déter­mi­nées pour un usage spé­ci­fique. Mais nous menons éga­le­ment des études explo­ra­toires sur des poly­mères en col­la­bo­ra­tion avec des chi­mistes du CNRS.

Dans quels domaines vos études sont-elles appli­quées ? Et qui sont les uti­li­sa­teurs finaux de ces matériaux ? 

L’un des champs d’investigation les plus pro­met­teurs est l’utilisation de ces pro­cé­dés pour répa­rer des struc­tures endom­ma­gées. En termes d’applications pour les maté­riaux métal­liques, nous tra­vaillons avec les sec­teurs de l’énergie, du trans­port et de l’aéronautique. Par exemple, nos par­te­naires EDF et la SNCF uti­lisent des pièces de très grandes dimen­sions, dont la concep­tion date par­fois d’une ving­taine d’années, et qui seraient dif­fi­ciles à rem­pla­cer – d’autant plus que désor­mais, elles ne sont plus pro­duites. D’où l’in­té­rêt de trou­ver des solu­tions pra­tiques et éco­no­miques pour les réparer.