L'Usine Nouvelle. - Avec l’épidémie de Covid-19, industriels et makers ont imprimé en 3D du matériel pour les soignants. La fabrication additive est-elle devenue un outil de production comme un autre ?
Anne-Françoise Obaton.- Beaucoup d’industriels utilisent déjà la fabrication additive, notamment dans l’aéronautique et le médical. Mais pour le moment, le procédé n’est pas assez fiable pour produire des pièces critiques en série. Au départ, tout le monde pensait qu’il suffisait de faire un modèle sur ordinateur pour avoir des pièces parfaites. Mais au fur et à mesure, nous nous apercevons que de nombreux défauts apparaissent. Des défauts qui n’existaient pas dans les autres procédés ! Si, dans le cadre de la lutte contre le Covid-19, des pièces sont arrivées si rapidement sur le marché, c’est qu’elles ne devaient pas être critiques. Pour les pièces critiques, il y a un réel besoin de certification.
Ce besoin de certification est-il une preuve de maturité du secteur ?
Quand j’ai commencé à étudier la question, en 2014, j’étais la première à parler de contrôle qualité et de méthodes de contrôle. Personne ne s’en préoccupait. Tout le monde était dans l’enthousiasme. La technologie allait à toute vitesse, chacun partait dans sa direction, les fabricants de machines disaient que les pièces étaient parfaites et les industriels voulaient y croire... Il y a beaucoup de bluff et d’effets d’annonce. Aujourd’hui encore, de nombreux industriels disent imprimer des pièces, mais rares sont ceux qui les utilisent vraiment.
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À quels défauts sont-ils confrontés ?
Dans le procédé le plus répandu, la fusion sur lit de poudre, la pièce est produite couche après couche, en fondant de la poudre. Le matériau et la pièce sont fabriqués simultanément. Cela soulève des questions de poudres mal fusionnées, de défauts d’adhésion entre les couches… Dans la fabrication de prothèses médicales, par exemple, il faut s’assurer que les poudres ne peuvent pas se décrocher dans le corps du patient. Dans l’aéronautique et le spatial, les recherches se penchent sur les amas de poudres qui peuvent se former à l’intérieur de canaux dans lesquels passent des liquides ou des gaz.
Vous citez l’aéronautique et le médical, deux secteurs pionniers dans l’adoption de la fabrication additive, mais parmi les plus réglementés. N’est-ce pas paradoxal ?
Cela s’explique par la plus-value de la fabrication additive : elle permet de produire des pièces complètement différentes de celles faites avec d’autres procédés. En santé, elle ouvre la voie à la fabrication automatisée de prothèses optimisées et sur mesure. Cela va changer la vie des patients ! L’aéronautique et le spatial sont, eux, très intéressés par l’optimisation topologique permise par l’impression d’une pièce en un bloc : gagner un kilo sur un avion rapporte beaucoup. Dans d’autres domaines, comme le nucléaire, elle permettra de fabriquer des pièces de rechange uniques et très complexes.
La fabrication additive peut-elle se substituer à l’usinage ou au moulage ?
L’usinage et le moulage permettent de créer des pièces plus solides, avec moins de porosité et de défauts, mais plus lourdes et plus longues à produire. En fabrication additive, le processus est raccourci. Il suffit de dessiner un objet sur ordinateur pour l’avoir le lendemain. Ce procédé est avant tout utilisé pour réaliser des pièces complexes et optimisées, impossibles à fabriquer autrement. Si un objet fabriqué par usinage fonctionne, il n’y a aucun intérêt à l’imprimer à l’identique. Donc les industriels développent des pièces qu’ils ne pouvaient pas faire avant et cherchent ensuite à démontrer qu’elles sont fiables.
C’est là qu’intervient la certification...
La certification est là pour démontrer qu’une pièce est bonne. Elle peut être obligatoire pour mettre certaines pièces critiques en fonction. Dans ce cas, l’intégralité du processus de fabrication doit être certifiée : l’opérateur, les machines, le contrôle… Cela pour garantir la conformité de la pièce et pour s’assurer qu’elle ne présentera aucun risque lors de sa mise en fonction. Le LNE s’intéresse à la certification du dispositif qui va contrôler la conformité des pièces finies.
Le contrôle des pièces imprimées est-il différent de celui des pièces usinées ou moulées ?
Auparavant, il était possible de contrôler les différentes parties d’une pièce avant son assemblage, puis d’en contrôler l’assemblage. Avec la fabrication additive, les pièces sont fabriquées d’un seul bloc. Il faut donc trouver d’autres méthodes, notamment pour contrôler leur structure interne. C’est compliqué, d’autant plus que la géométrie et l’état de surface de ces pièces ne permettent pas d’opérer un contrôle non destructif classique. Nous utilisons la tomographie par rayons X pour reproduire une pièce en trois dimensions. C’est très efficace, mais les machines sont chères, la procédure lourde et longue… Les industriels ne peuvent pas l’utiliser pour contrôler une production de série. Il faut des alternatives plus rapides.
Sur ce point, le contrôle de la pièce en cours de fabrication suscite beaucoup d’intérêt...
Ce serait l’idéal. Beaucoup de laboratoires travaillent sur ce sujet et les fabricants de machines essaient de s’en équiper. Le problème est que leurs machines sont déjà très chères et que ce type de contrôle viendrait encore augmenter leur coût. Si le contrôle en ligne était certifié et que toutes les machines de fabrication additive en étaient dotées, il n’y aurait plus besoin de contrôle post-fabrication. Mais cela n’est pas si simple. Car le laser qui fond les poudres va très vite et certains défauts peuvent disparaître d’une couche à l’autre.
À quelle échéance pensez-vous que la certification des procédés ne sera plus un frein à la fabrication additive industrielle ?
Certaines pièces métalliques imprimées ont déjà été certifiées aux États-Unis et dans plusieurs pays européens. Cela devrait pousser à accélérer les choses, au moins au niveau de la certification de pièces critiques. La certification est un processus qui prend du temps. Une fois que l’on aura certifié le contrôle qualité sur les pièces et que l’on aura démontré que le procédé est répétable et reproductible, l’utilisation de la fabrication additive par l’industrie va s’envoler. Cette démonstration doit donc arriver rapidement. Les industriels ne pourront pas attendre dix ans.
