Des pièces plus vraies que nature

Les matériaux et les équipements de prototypage rapide améliorent constamment leurs performances. Objectif : fabriquer des pièces au plus près de la réalité industrielle.

C’est une évolution dans plusieurs directions différentes que privilégient les constructeurs d’équipements de prototypage et de fabrication rapide. Les visiteurs du salon Euromold 2010, organisé du 1 er au 4 décembre à Francfort (Allemagne), ont pu ainsi constater le bond technologique dans le domaine des matériaux et découvrir les performances de nouvelles versions de machines. Cette évolution vers la fabrication des pièces ayant la même qualité qu’une pièce d’origine, plastique ou métallique, ouvre de nouvelles perspectives. La preuve : le nombre croissant de stands consacrés au design qui avaient pris place dans le hall principal. Les designers peuvent, grâce à ces nouveaux moyens (matériaux et machines), dont le prix devient chaque année plus accessible, fabriquer rapidement le produit de leur rêve et le tester grandeur nature.

Spécialisée dans la fabrication d’imprimantes 3D, Objet Geometries, représenté en France par Rosilio Machines Outils et MG2, fournit ses propres matériaux. Une offre qu’il ne cesse de faire évoluer grâce à 235 spécialistes de la R & D, sur un total de 300 salariés. Le constructeur israélien, qui a installé 2 500 imprimantes 3D dans le monde, a dévoilé la fabrication de premières pièces hybrides en un seul processus sur une machine Connex. Ces produits composites construits à la volée sont constitués de plusieurs matériaux ayant des propriétés mécaniques et physiques différentes. Ce qui élimine les opérations d’assemblage et facilite l’analyse précoce des modèles de conception. Mieux encore, le constructeur annonce pour l’année prochaine la disponibilité d’un matériau dont les caractéristiques (stabilité dimensionnelle, résistance à la traction, etc.) seront celle d’un plastique ABS. Un matériau qui sera accompagné de la mise sur le marché d’autres plastiques. Objectif : étendre le domaine d’application de ses machines et permettre aux ingénieurs de fabriquer des vraies pièces au début du processus de conception. Avec l’Objet Clear par exemple, l’utilisateur pourra fabriquer des pièces fines et transparentes avec une économie de temps et de coûts par rapport aux matériaux utilisés habituellement par les systèmes de fabrication par stéréolithographie. Un développement qui pourra intéresser des industries comme celles de la lunetterie. L’autre matériau qui sera commercialisé en 2011 est l’Objet high temperature, un plastique qui améliore la résistance des pièces aux hautes températures. « Tous ces matériaux améliorent les tests de forme et de taille qui représentent 55% des applications de fabrication par addition de couches, explique David Reis, Pdg de la société. Mais aussi les tests fonctionnels qui couvrent 34% de ces applications. » Le constructeur dévoilait aussi deux nouvelles imprimantes, Objet 24 et Objet 30, qui améliorent la qualité de surface des pièces produites.

Stratasys et Z Corp s’inscrivaient eux aussi dans cette tendance. Le premier démontrait son savoir faire dans la fabrication directe des pièces plastiques destinées à la fabrication d’ensembles complexes comme les drones par exemple. Véritable système de production 3D, sa machine Fortus s’adapte aussi bien à la fabrication des prototypes pour les tests de conception qu’à la fabrication directe des pièces ou des outillages. Grâce entre autres, à un choix de sept matériaux différents. Dont l’Ultem 9085 qui offre un compromis entre l’allégement de poids et la résistance mécanique impossible à atteindre en injection classique. Autre atout de ce matériau : sa résistance aux hautes températures, adaptée aux applications aéronautiques.

Premier à commercialiser une machine de prototypage rapide il y a vingt cinq ans, 3D Systèmes vise les mêmes objectifs. « Notre nouvelle famille d’imprimantes 3D ProJet améliore de 60% la qualité des pièces fabriquées par rapport aux équipements précédents », confirme Cathy Lewis, vice-présidente marketing de la société. Des machines dont les têtes d’impression 3D sont garanties cinq ans, preuve que la fiabilité a fait un saut considérable. Inspiré par les constructeurs d’automobiles, 3D Systems annonce également pour le premier trimestre 2011, la disponibilité de la première imprimante… crossover. La ProJet 6000 allie les avantages (facilité d’utilisation, réduction des coûts, etc.) d’une imprimante 3D avec les performances (qualité, productivité, etc.) d’un système de production par stéréolithographie.

Quant à Z Corp il propose ses machines, comme la Builder dévoilée à Euromold, capables de fabriquer des assemblages complexes en couleur. Ce qui facilité l’analyse au bureau d’études de la composition d’un ensemble.

Cette évolution vers des matériaux de plus en plus proches de la fabrication industrielle n’est pas réservée qu’aux imprimantes 3D et aux plastiques. Les alliages métalliques sont de plus en plus évolués et permettent la fabrication rapide de pièces complexes prêtes à être installées directement sur un moteur d’avion par exemple. C’est le cas d’Arcam dont la machine de fusion d’une poudre métallique par faisceau d’électrons A2 a séduit quelques 70 utilisateurs au monde. Le constructeur suédois qui réalise actuellement 35% de son chiffre d’affaires en Chine et au Japon, utilise des poudres d’aluminure de titane pour réduire les opérations de superfinition. Résultat : une pale de turbine fabriquée en sept heures avec une rugosité de 15 Ra. Et les efforts des ingénieurs d’Arcam ne se relâchent pas. « Nous allons fournir bientôt un système de fusion multifaisceaux qui améliorera la fabrication des structures trabéculaires des implants orthopédiques », annonce Magnus René, pdg d’Arcam.

L’amélioration de la productivité dans la fabrication des pièces métalliques est un des objectifs principaux de constructeurs de machines. Comme EOS, dont la nouvelle machine Eosint M280, peut être équipée d’un laser à fibre de 400 W. Ce qui permet de diviser par deux dans certains cas, le temps de fabrication des pièces. La hauteur de construction des pièces a été augmentée jusqu’à 325 mm. Un détail particulièrement intéressant pour la fabrication des pièces métalliques hybrides (on ajoute une couche de métal différente à une pièce préfabriquée) dont EOS a été le précurseur en 1990. Le constructeur allemand continue à développer de nouveaux matériaux. Comme l’alliage de Nickel IN625 dont la résistance à la corrosion est indiquée aux applications aéronautiques, dans l’industrie chimique, la Formule 1, l’industrie marine…

Autre voie explorée par les constructeurs : la fabrication rapide des micropièces plastiques. La société espagnole Ultrasion a industrialisé un procédé mis au point par l’Ascamm, le centre technologique de Barcelone. Sa machine baptisée Sonorus assure la fabrication par ultrasons des pièces plastiques dont le poids n’excède pas les 2 g. Elle assure une économie de matériau de 90% par rapport aux procédés classiques de fabrication par injection. Mais aussi d’énergie, car elle consomme cent fois moins que les machines d’injection. Résultat : le retour sur l’investissement ne dépasse pas un an. Le centre espagnol a également lancé un projet de recherche qui vise l’utilisation des ultrasons pour assurer la fabrication additive des couches.

Un autre centre de recherches, le hollandais TNO, s’intéresse lui aussi à la micro fabrication. Sa machine prototype de microstéréolithographie dévoilée à Euromold 2009 a été industrialisée et sera en beta test l’année prochaine. Capable de construire des couches de 25 à 100 µm avec une vitesse de 90 mm par heure, elle est proposée à tous ceux qui veulent la tester en fabrication. Avis donc aux amateurs…

Enfin, les chercheurs de l’Institut Fraunhofer IPA de Stuttgart ont utilisé les technologies de fabrication rapide pour mettre au point une nouvelle race de robots : les bioniques. Les Genetic Robots sont des petits robots mobiles qui peuvent être créés automatiquement. Leur structure est conçue grâce à des logiciels génétiques et fabriquée par les techniques de construction additives. Résultat : le concepteur peut choisir la meilleure structure du robot en fonction de son environnement parmi une multitude de solutions différentes. Dans la même veine, les chercheurs allemands ont développé en collaboration avec les ingénieurs de Festo un robot dont les trois bras sont inspirées par la… trompe d’un éléphant (qui comporte pas moins de 40 000 muscles). Un automatisme qui vise les applications industrielles de haute précision ou la robotique de service. Le poids de ce robot est de 1,8 kg et peut manipuler des objets dont le poids maximum est de 0,5 g. A titre de comparaison, les robots industriels ne peuvent manipuler qu’environ un dixième de leur poids. Précise et flexible, cette solution permet de manipuler un œuf avec autant d’élégance que son modèle naturel…

Mirel Scherer