Au cœur du salon Formnext, qui s’est tenu à Francfort du 7 au 10 novembre, la SNCF et son homologue allemand Deutsche Bahn ont évoqué les problématiques du ferroviaire, notamment les enjeux de maintenance, et ont examiné comment la fabrication additive peut y répondre. C’est le défi du projet Additive4Rail, qui réunit la SNCF, les deeptech 4D Pioneers, VLM Robotics et Centrale Nantes. Démarré en avril 2022 et soutenu à hauteur de 10,7 millions d’euros sur 4 ans, il vise à accélérer la mise en œuvre industrielle des procédés de fabrication additive, en particulier hybride additive-soustractive métal et polymères, pour la maintenance des trains. Interrogés par Industrie & Technologies, la SNCF et son partenaire 4D Pioneers présentent les avancées du projet.
La maintenance des trains « implique environ 200 000 références de pièces et de nombreuses petites séries », pointe Benoît Dodin, responsable équipe des matériaux et procédés innovants de SNCF Innovation & Recherche. La production de composants à la demande figure en tête des enjeux d’Additive4Rail, de même que la possibilité de relancer la fabrication de pièces dont la production n’est pas garantie sur l'ensemble de la durée d'exploitation des trains, qui « peut atteindre 40 ans, voire 50 ans ». Au-delà de la refabrication, l’impression 3D ouvre de nouvelles perspectives pour améliorer les pièces, les personnaliser et les rendre plus fiables et légères que les originales.
Une machine modulaire et multi-matériaux pour répondre aux besoins du ferroviaire
Depuis le lancement du projet, le consortium a travaillé notamment sur le référencement digitalisé des pièces, le manque de matériaux polymères ignifugés et certifiés ferroviaires, ainsi que sur des machines d'impression 3D polyvalentes. Récompensée en octobre au salon 3D Print Paris, la machine innovante 4Shift de 4D Pioneers est testée dans le cadre du projet.
Installée depuis mars 2023 à Saintes, en Charente-Maritime, sur l’un des sites du Technicentre Industriel SNCF de Charente-Périgord, la 4Shift est une imprimante 3D combinant impression et post-traitement pour des pièces précises et reproductibles. La machine est équipée de deux têtes d'extrusion filaments et granulés par dépôt de matière fondue (FDM), ainsi que de deux têtes destinées à l’usinage.
Son système robotique à 5 axes lui permet d’imprimer dans toutes les directions, de post-traiter les surfaces et de supprimer les supports, pour des pièces complexes prêtes à l'emploi. « Les fonctionnalités exceptionnelles de la 4SHIFT, qui ont fait l’objet du dépôt de 3 brevets, se traduisent par des économies de matière et de temps pour une production optimisée », explique Ingrid Florentin, co-fondatrice de 4D Pioneers.
La 4Shift est flexible. Ses quatre positions permettent de choisir la configuration la plus adaptée aux besoins actuels de l’utilisateur et de faire évoluer la machine dans le temps en intégrant par exemple une tête de laser pour graver les pièces.
un premier thermoplastique dédié breveté
Si la machine 4Shift est importante, la clé du succès pour une adoption de l'impression 3D réside également dans l’élaboration de sept matériaux spécialement conçus pour le ferroviaire, répondant notamment à la norme européenne dédiée EN 45545. Ces matériaux en développement incluent trois thermoplastiques et un élastomère biosourcés, un composite et des matériaux inorganiques (métaux et céramiques).
4D Pioneers annonce avoir breveté son premier thermoplastique destiné au ferroviaire, qui fera désormais l'objet de tests de faisabilité sur le Technicentre de Saintes. L’objectif est de valider les performances mécaniques et ignifuges de ce matériau imprimé avec la technologie de 4D Pioneers. « Des essais de propagation latérale de flammes, une évaluation de la chaleur dégagée par le matériau et la détermination de l’opacité et la toxicité des fumées émises pour garantir sa certification ferroviaire seront menés », déclare Ingrid Florentin.
À terme, les futurs matériaux devront permettre la production de pièces de multiples systèmes présents dans un train telles que des boîtiers de cartes électroniques, des composants, des toilettes et aménagements intérieurs, ainsi que des pièces mécaniques.
Au-delà des pièces détachées pour les trains, la SNCF utilise déjà depuis de nombreuses années la fabrication additive pour la production personnalisée d'outillage de maintenance. « De nombreux fablab sont déployés dans les différents centres régionaux auprès de nos équipes pour faciliter la fabrication d’outillages adaptés à leurs missions de maintenance, ou pour du prototypage rapide », glisse le responsable équipe des matériaux et procédés innovants de la SNCF.
