Le Ceit et la métallurgie des poudres dans l’industrie 3D

Le Ceit est un centre de recherche à but non lucratif qui se consacre au développement de projets de recherche industrielle appliquée. Elle a été créée à l’initiative de l’Université de Navarre en 1982 et travaille actuellement en étroite collaboration avec les départements de R&D des plus importantes entreprises du secteur. Fort de toutes ses années d’expérience, le centre dispose de solutions de fabrication additive pour différents axes de recherche, bien que la plupart d’entre eux soient centrés sur les poudres métalliques et leurs méthodes de production. Nous voulions en savoir plus sur l’activité du Ceit et ses derniers projets industriels, comme l’usine pilote d’atomisation. Pour ce faire, nous avons rencontré un membre de l’équipe du Ceit, Iñigo Iturriza.

3DN : Pouvez-vous vous présenter et nous parler de votre relation avec l’impression 3D ?

Bonjour, je m’appelle Iñigo Iturriza et je suis le directeur de la division « Matériaux et fabrication » du centre technologique CEIT-BRTA. La fabrication additive est le prolongement naturel de l’activité que j’ai commencée au CEIT en 1985, lorsque j’ai rejoint le groupe de consolidation des poudres métalliques et céramiques qui s’est formé cette année-là. Mon premier contact avec l’impression 3D a eu lieu en 2005 avec le prototypage rapide, qui analyse la microstructure des composants imprimés LPBF. Quelques années plus tard, au CEIT, nous avons commencé à avoir des projets sur l’impression 3D dans lesquels nous avons apporté nos connaissances en atomisation de poudre, en caractérisation microstructurale et mécanique, en post-traitement, jusqu’à ce qu’en 2016, je co-dirige le groupe de fabrication additive et de laser. Depuis, le CEIT s’efforce d’être utile aux entreprises en développant des projets de recherche dans lesquels nous pouvons intervenir sur toute la chaîne de valeur de l’impression 3D avec de la poudre métallique.

Iñigo Iturriza, directeur de la division matériaux et fabrication

3DN : Pouvez-vous nous en dire plus sur l’activité du Ceit ? À quel moment avez-vous commencé à intégrer la fabrication additive dans vos projets ?

Comme je l’ai mentionné ci-dessus, en 2016, le groupe « Additive Manufacturing and Laser » a été créé au Ceit. Ce groupe rejoint en 2018 le groupe « Consolidation des poudres » et donne naissance au groupe « Fabrication avancée en métallurgie des poudres et laser ». Il est actuellement composé de 54 personnes, dont 24 sont titulaires d’un doctorat. Auparavant, le premier projet d’entité en fabrication additive a débuté en 2014 avec un projet du programme Cien du TIDC auquel a participé des grandes entreprises et des PME intéressées par la recherche et le développement de nouvelles méthodes d’impression 3D à haute productivité. L’offre du Ceit en matière de fabrication additive couvre toute la chaîne de valeur, de la production de poudre par atomisation de gaz à la caractérisation des composants après post-traitement et finition.

Ainsi, le Ceit dispose de capacités pour la sélection de composants imprimables, la conception, l’optimisation topologique, le pré-traitement, l’impression par dépôt de matière sous énergie concentrée (DED) et par liage de poudre, les fours pour les traitements thermiques, le pressage isostatique à chaud (HIP), les moyens de caractérisation microstructurelle et mécanique avancée, les essais non destructifs, etc. Nous collaborons également à la récupération des déchets en produisant des poudres avec des matières premières qui sont des déchets d’autres processus ; nous les utilisons comme matériaux d’impression 3D. L’étape la plus récente dans l’activité du Ceit est le démarrage de l’usine pilote d’atomisation, où, en plus d’un atomiseur capable de détruire 3 kg de poudre par cycle que nous avions déjà depuis 2007, nous avons intégré un nouvel atomiseur à gaz avec lequel il est possible d’obtenir jusqu’à 200 kg de poudre par cycle. Le Ceit travaille pour des secteurs tels que l’aéronautique, le médical, l’automobile, les biens d’équipement, l’énergie, le pétrole et le gaz, les transports, les matériaux comme les superalliages de Ni et Co, les matériaux magnétiques durs et doux, les aciers, les alliages de Cu, le métal dur, les cermets, les outils diamantés, etc.

3DN : Pouvez-vous nous parler d’un projet important pour le centre qui utilise la fabrication additive métal ? Quelle est l’importance des poudres métalliques en impression 3D ?

Un exemple de projet pourrait être le CEFAM. Il s’agit d’un projet mené par le Ceit, auquel participent également Lortek-BRTA, FADA-Catec et Aidimme, qui est né en réponse au programme Red Cevera du CDTI. Dans ce projet, l’objectif est d’établir un réseau de centres d’excellence pour relever les défis les plus importants de la fabrication additive, en se concentrant sur le transfert vers l’industrie des connaissances générées par le consortium autour de l’impression 3D. Nous travaillons à la reconception de produits pour surmonter les limites actuelles de la technologie, au développement de nouveaux matériaux avec une fenêtre de traitement plus large, nous développerons de nouveaux paramètres de traitement pour des matériaux tels que les alliages d’aluminium, les alliages à base de nickel à soudabilité difficile ou les matériaux magnétiques. Enfin, nous apporterons des modifications aux machines pour améliorer leurs performances, nous appliquerons des techniques de contrôle non destructif pour valider les développements obtenus et, nous nous pencherons sur les méthodes de surveillance et de contrôle des processus pour garantir la fiabilité des composants obtenus. Le CEFAM contribuera ainsi à accélérer la mise en œuvre de cette technologie dans les entreprises.

La poudre métallique est la matière première de la plupart des technologies d’impression de pièces métalliques et joue un rôle très important dans la qualité des pièces qui sont imprimées. Il n’est pas possible d’obtenir des pièces de haute performance si la poudre métallique présente des défauts tels que des particules qui entravent sa fluidité, une porosité interne due au gaz emprisonné qui va générer une porosité induite dans les pièces imprimées, une teneur en oxygène ou d’autres éléments interstitiels qui restent dans le matériau imprimé ou modifient l’interaction par exemple entre le laser et la poudre. De plus, la productivité, la tolérance et la précision des pièces imprimées sont également conditionnées par la granulométrie de la poudre. L’atomisation du gaz permet d’obtenir des distributions granulométriques qui peuvent être utilisées dans les différentes technologies d’impression.

Des pièces conçues via différents procédés d’impression 3D (crédits photo : CEIT)

3DN : Pourriez-vous nous en dire plus sur l’usine pilote d’atomisation du Ceit ?

L’usine pilote d’atomisation est une infrastructure unique dans un centre technologique. Nous ne connaissons aucun centre technologique en Europe qui dispose d’une installation comme celle-ci. Un atomiseur hybride capable d’atomiser des lots d’environ 3 kg par cycle d’atomisation avec du gaz ou de l’eau coexiste avec un atomiseur à gaz capable de détruire jusqu’à 200-250 kg de poudre (selon le matériau). De plus, l’usine pilote dispose d’un système de manipulation de la poudre qui évite le contact de celle-ci avec l’atmosphère jusqu’à son conditionnement et d’un laboratoire pour étudier le processus d’atomisation.

Cette nouvelle infrastructure découle de la mission du Ceit de servir l’industrie et de son besoin de disposer d’une matière première (poudre) avec laquelle on pourrait introduire la fabrication additive dans les processus de production. Nous voulons garantir que les entreprises auront suffisamment de poudre pour valider leurs développements jusqu’à TRL (Technology Readiness Level) 8-9. Pour ce faire, nous avons besoin de lots de poudre plus importants que ceux que nous pourrions fournir avec l’atomiseur de 3 kg et nous entendons également faire preuve de souplesse en produisant des poudres non standard et celles que les fabricants n’ont pas en stock. Il est important de préciser que nous ne sommes pas un fabricant de poudre, mais un centre technologique doté d’une grande capacité de production de poudre et de recherche sur l’atomisation. Nous ne sommes donc pas en concurrence avec les fabricants de matériaux mais nous essayons de travailler avec eux en les aidant à améliorer la qualité de leurs produits, à lancer de nouvelles normes sur le marché, à augmenter leur productivité.

Nous avons également parmi nos clients d’autres centres technologiques et universités qui ont besoin de poudre dans leurs projets ou qui veulent développer de nouvelles compositions de poudre. Bien entendu, les fabricants de machines d’impression 3D sont également des clients potentiels de l’usine pilote, au même titre que les fabricants de composants.

3DN : Quelle est la pertinence de la technologie 3D dans l’industrie manufacturière et quels avantages offre-t-elle pour la métallurgie des poudres en Europe ?

La technologie 3D est devenue de plus en plus pertinente dans l’industrie manufacturière car elle a permis de passer du prototypage rapide à la production. Elle a amélioré les performances des composants imprimés, en augmentant la productivité. Elle a également dû modifier la façon de concevoir ces composants. Nous pensons numériquement, nous concevons en sachant qu’il existe des méthodes de production beaucoup plus flexibles, nous optimisons la quantité de matériau utilisée dans chaque pièce, nous fournissons des solutions personnalisées. L’impression 3D est un maillon de plus dans l’industrie 4.0 où il est très facile de passer d’une CAO à une pièce finale rapidement, avec souplesse et efficacité.

De plus, la technologie 3D a revitalisé l’industrie européenne de la métallurgie des poudres, en partant des producteurs de poudres (de nouveaux fabricants sont apparus et les « anciens » ont augmenté leur activité), suivis par de nouveaux acteurs qui fabriquent des imprimantes (les principaux sont européens), dans certains cas les pièces imprimées doivent être frittées dans des fours donc les fabricants de ces machines ont pu accroître leurs revenus. De même, l’impression 3D a permis de faire connaître la métallurgie des poudres, de sorte que de nouveaux clients potentiels ont découvert l’existence du pressage et frittage, du moulage par injection de poudre métallique, ce qui a facilité leur croissance.

L’atomisateur (crédits photo : Ceit)

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