Sécuriser les procédés de production, le défi de la fabrication additive

Le 27 novembre dernier, sur le campus d’enseignement supérieur et de formation professionnelle (Cesi) de Nanterre, de nombreux industriels étaient venus s’entasser dans de grands conteneurs blancs posés sur une dalle de béton. La raison ? Cette structure métallique de 150 m2 contient une véritable mini-usine de fabrication additive métal, modulable et transportable sur les lieux de production. Destiné principalement à la formation des futurs ingénieurs du Cesi, le dispositif inauguré ce jour-là est un concentré de technologies imaginé par le campus et AddUp, une coentreprise entre Fives et Michelin spécialisée dans les machines d’impression 3D. Ses atouts : l’utilisation de la fusion sur lit de poudre – l’un des procédés les plus matures – et une conception clés en main qui accorde une place essentielle à la sécurité de l’opérateur. « C’est en examinant de près les risques liés à la fabrication additive par fusion sur lit de poudre, et notamment l’usage des poudres métalliques, que nous avons eu l’idée de concevoir ce dispositif modulaire et autonome, explique David Failly, le directeur du Cesi Ile-de-France – Centre. Le procédé n’est pas anodin. L’utilisation d’une poudre métallique avec une granulométrie comprise entre 3 et 40 microns nécessite non seulement des équipements de protection individuelle (EPI) adaptés pour éviter le contact avec ces substances toxiques, mais peut également créer une atmosphère explosive en cas d’accident. »

En partant du concept d’unité autonome FlexCare d’AddUp, lancé en 2017, le Cesi a apporté des mesures de protection inédites : la zone de production abritant l’imprimante FormUp 350 d’AddUp, fonctionnant selon le procédé de frittage laser direct de poudre, a été placée sous atmosphère contrôlée (température et humidité), avec un gradient de pression inversé comme dans une salle blanche contenant des agents infectieux. Ce dispositif évite la dispersion d’un nuage de poudre métallique dans l’installation en cas d’accident. Les équipements électriques ont été certifiés pour fonctionner en atmosphère explosive selon la norme Atex 22. Et les opérateurs portent un EPI, un scaphandre, pour empêcher tout contact avec les poudres métalliques, substances classées CMR (cancérogène, mutagène, toxique pour la reproduction). La plupart de ces mesures, qui donnent davantage l’impression au visiteur de pénétrer dans un laboratoire pharmaceutique que dans un centre de production de pièces métallurgiques, n’ont pas encore trouvé le chemin des sites industriels. « Nous avons choisi de devancer certaines normes qui pourraient prochainement entrer en vigueur en matière de sécurité dans la fabrication additive », explique David Failly.

L'impression 3D comme dans un laboratoire

Sans aller jusque-là, les grands groupes utilisant l’impression 3D, comme Safran, ou les spécialistes, tels que Volum-e, mettent en œuvre des mesures adaptées. « Chez Safran, l’activité impression 3D métal est liée à des projets de R&D, témoigne Jean-Daniel Penot, le responsable de la fabrication additive au Cesi et ancien ingénieur du CEA. Les équipements sont installés dans un environnement semblable à celui d’un laboratoire avec, par exemple, des sas d’accès pour éviter toute contamination. » Chez Volum-e, à défaut de salle blanche ou d’une certification Atex de l’intégralité des équipements, l’atmosphère de la zone de production est placée sous surveillance, afin de détecter un taux trop élevé de particules métalliques dans l’air. « Si nous atteignons un certain seuil, nous pouvons charger l’atmosphère de la pièce en CO2 pour prévenir tout risque d’explosion », détaille Thomas Breteau, enseignant à l’Insa Rouen Normandie et ingénieur méthode et usinage chez Volum-e. Reste que ces mesures, prises à l’initiative d’industriels, se fondent généralement sur des normes déjà en vigueur dans d’autres secteurs.

Une PME dont les activités n’ont jamais impliqué la manipulation de poudres métalliques ni de laser et qui s’intéresse à l’impression 3D métal a toutes les chances d’être en situation de méconnaissance des risques. En cause, notamment, un certain manque d’accompagnement de la part des fabricants de machines d’impression, estime Thomas Breteau : « Les machines sont très bien sécurisées. Elles sont équipées de filtres pour retenir les particules les plus fines, et l’ajout de gaz d’inertage durant la fabrication empêche les départs de feu. Mais lors du retrait des pièces ou des opérations de maintenance comme les changements de filtre, il peut y avoir des risques. Sur ces points, la communication des équipementiers n’a pas toujours été satisfaisante. » Éric Baustert, le responsable de la R&D chez Volum-e, pointe, lui, l’image un peu simpliste de la fabrication additive, souvent associée au fablab. « Le secteur de l’impression 3D recouvre des réalités très différentes, car les imprimantes de bureau à dépôt de fil, et les procédés de frittage laser de poudre métallique relèvent d’univers qui ont peu à voir l’un avec l’autre. Les enjeux, les défis, et les risques ne sont pas les mêmes. Mais ces technologies ont tendance à se côtoyer sur les salons, d’où peut-être une certaine confusion. »

Définir des normes de sécurité spécifiques

Prendre en compte les risques liés à la fabrication additive a aussi un coût. La facture globale de la mini-usine du Cesi s’élève à 2,3 millions d’euros. Au-delà de cet exemple, la mise en place de mesures de sécurité ne peut que dégrader la compétitivité de l’impression 3D en tant que procédé de fabrication. Mais avec la prise de conscience croissante des risques liés à cette technologie, le flou actuel en matière de sécurité complique encore l’équation économique, remarque Nicolas Bedouin, expert en fabrication additive au CEA : « Que ce soit dans l’impression métal ou polymère, les risques sont réels et ne doivent pas être minimisés. Mais il faut pouvoir les évaluer avec précision pour apporter des solutions proportionnées. Le danger, sinon, est d’induire des coûts trop importants qui freineraient fortement la diffusion de la technologie. »

La situation pourrait évoluer rapidement. Les industriels de la fabrication additive travaillent à définir des normes de sécurité spécifiques. « Ils veulent aller vite. La filière s’empare du sujet pour éviter une intervention des pouvoirs publics. L’affaire de l’amiante est encore très présente dans les esprits », ajoute Nicolas Bedouin. Dans la fabrication additive métal, le projet de norme XP E 67-006, piloté par l’Union de normalisation de la mécanique, est en cours d’évaluation sur le terrain. Rendez-vous en juin pour un premier retour d’expérience, en vue de la publication d’une norme internationale en 2021.