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Mais où sont donc les imprimantes 3D ?

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

Annalisa Plaitano, médiatrice scientifique
Le 31 mars 2021 |
3 mins de lecture
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L’impression 3D, une solution pour les pièces industrielles disparues
Fabien Szmytka
Fabien Szmytka
enseignant chercheur à l’ENSTA Paris
En bref
  • L’impression 3D est de plus en plus utilisée dans le monde académique pour aider la recherche.
  • Fabien Szmytka, chercheur à l’ENSTA Paris, étudie ainsi les propriétés et la microstructure de matériaux métalliques produits à l’aide de cette technologie.
  • Il effectue des tests sur des structures complexes qui se rapprochent de la géométrie des pièces industrielles.
  • L’objectif de ces recherches : fournir à des partenaires appartenant aux secteurs de l’énergie, du transport et de l’aéronautique (comme EDF et la SNCF) des solutions concrètes pour réparer de grandes pièces métalliques.

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.