Comment fiabiliser l’impression 3D métal et encourager son adoption ?

L’un des défis les plus tenaces dans la fabrication additive est sans doute la fiabilité du processus. Comment garantir que les pièces imprimées en 3D vont répondre aux exigences souhaitées ? Résister aux effets du temps ? Réussir à reproduire les mêmes conditions pour toutes mes pièces ? Ce sont des points particulièrement vrais en impression 3D métal où encore beaucoup de professionnels sont réticents à l’idée de l’utiliser à cause justement de ce manque de fiabilité et répétabilité. Et si nous pouvions développer un meilleur contrôle du procédé ? Obtenir un contrôle plus précis et une meilleure simulation ? C’est tout le travail de recherche menée au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) par le groupe d’évaluation non destructive (NDE). Leur objectif est d’observer et d’analyser l’évolution des matériaux et des structures à l’intérieur d’une pièce en cours d’impression, et de proposer des techniques pour garantir une meilleure qualité et plus grande cohérence des pièces.  

Il est encore très difficile de savoir comment une pièce imprimée en 3D métallique va réagir car la plupart des technologies utilisent une source de chaleur pour fusionner des particules de métal entre elles. Or, les métaux sont particulièrement sensibles à la chaleur et ces changements thermiques exercent une influence sur les structures en cours de fabrication. La diffusion de la chaleur dans l’imprimante 3D peut avoir une conséquence sur la façon dont les particules vont se relier entre elles, conduisant alors à des défaillances, défauts et donc non-conformités.  

David Stobbe est chef du groupe Contrôle non destructif par ultrasons et capteurs au sein de la division Ingénierie des matériaux (MED). Il explique : “Si vous voulez que les gens utilisent des composants métalliques fabriqués par impression 3D dans le monde entier, vous avez besoin du contrôle non destructif. Si nous pouvons prouver que les pièces produites par impression 3D se comportent comme prévu, cela permettra leur prolifération, leur utilisation dans des composants critiques pour la sécurité dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’énergie et autres, et, espérons-le, l’ouverture d’un nouveau paradigme dans la fabrication.” 

Mais concrètement, comment ça marche ?  

On vient s’appuyer sur un système de signaux. Ces derniers peuvent être des courants électriques, des rayons X ou encore des ultrasons. Ils sont envoyés au travers les pièces en cours d’impression et les chercheurs vont alors observer leurs éventuels changements. Prenons l’exemple du projet sur lequel travaille Saptarshi Mukherjee, chercheur scientifique au sein de la division Atmosphère, Terre et Énergie (AEED) du laboratoire. Il surveille la température interne lors du procédé de fusion laser sur lit de poudre à partir de courants de Foucault c’est-à-dire des courants électriques créés dans une masse conductrice. Ils sont sensibles à la conductivité électrique. Or cette dernière étant fonction de la température, on comprend comment ces courants Foucault peuvent offrir des informations en direct sur la température à l’intérieur des pièces imprimées en 3D. 

Ethan Rosenberg, post-doctorant au MED, ajoute : “À notre connaissance, c’est la première fois que des capteurs à courants de Foucault sont utilisés pour observer ces processus thermiques très rapides et non équilibrés, qui rappellent le type de processus thermiques que l’on observe dans un processus de fabrication additive métallique.” 

Aujourd’hui, de multiples projets se sont développés et s’appuient sur la tomographie par rayons X, par résistance électrique, sur les ultrasons, etc. Le plus souvent, ce sont des structures lattices qui sont étudiées, ou des conceptions plus complexes en termes de géométries. L’objectif est bien évidemment de faire évoluer ces travaux de recherche et de généraliser les méthodes employées. A terme, ils espèrent développer des algorithmes d’apprentissage automatique pour assurer le suivi en temps réel des procédés d’impression 3D métal et de corriger les éventuelles erreurs avant qu’il ne soit trop tard. Cela pourrait permettre une adoption beaucoup plus généralisée de la fabrication additive métal et offrir davantage de possibilités. En attendant, vous pouvez retrouver plus d’informations ICI.

Que pensez-vous des recherches menées par le LLNL sur l’impression 3D métal ? Peuvent-elles favoriser son adaption ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits de toutes les photos : LLNL