Le débat sur la certification en fabrication additive s’est surtout concentré sur les pièces d’utilisation finale certifiées, en particulier les composants métalliques destinés aux moteurs ou aux cellules d’aéronefs, encadrés par les autorités de navigabilité. Dans le même temps, la demande de pièces de grande dimension continue de croître, car « nous avons dépassé la phase de « preuve de concept » de la fabrication additive grand format », selon les mots de Scott Vaal, de Thermwood.
Thermwood fait partie des rares entreprises à proposer des équipements et des services d’impression 3D de très grand format à partir de granulés de polymères composites renforcés de fibres broyées (FRP). Sachant par ailleurs que les principales applications aéronautiques de LSAM relèvent de l’outillage (moules pour autoclave, outils de drapage, gabarits et montages), on pourrait être tenté de croire que les exigences de qualification y sont plus légères que pour des pièces de vol. Après tout, un outillage ne vole jamais. Il doit simplement résister à ce qui se passe au sol.
Vaal nous met immédiatement en garde : « Ne confondez pas une exigence différente avec une exigence moindre. La différence fondamentale tient à la catégorisation du risque : une pièce de vol comporte des risques de navigabilité « vitaux », tandis qu’un outillage comporte des risques « de rendement et de coûts ». Comme l’outillage ne quitte jamais le sol, il n’est pas directement encadré par la FAA ou l’EASA de la même manière stricte, fondée sur la tenue en fatigue, qu’un support moteur métallique.
Les pièces de vol composites aéronautiques sont polymérisées sur ces outillages, en autoclave, sous une chaleur et une pression considérables. Si l’outillage défaille, s’il se déforme, si le coefficient de dilatation thermique (CTE) n’est pas correctement compensé, ou s’il perd son étanchéité au vide, vous perdez la pièce de vol, très coûteuse, qui était en cours de moulage. La qualification de l’outillage consiste donc strictement à vérifier sa capacité à permettre, de façon répétée, la production d’une pièce de vol certifiée sans se dégrader. Nous ne démontrons pas que l’outillage peut voler ; nous démontrons qu’il peut supporter de manière fiable des cycles thermiques extrêmes tout en maintenant des tolérances de quelques millièmes de pouce. »
– Alors, à quel moment commence réellement l’obtention d’une « qualité constante » en LSAM ?
– Les programmes de certification bâtis autour de la fusion sur lit de poudre métallique s’appliquent-ils à la fabrication additive grand format de composites polymères ?
– Les parcours de qualification et de certification des pièces LFAM sont-ils très différents de ce que l’on observe dans l’aéronautique ?
Nous avons posé ces questions à Vaal et exploré l’approche de Thermwood en matière de qualification et de certification dans ce FOCUS. Vaal est l’une des voix les plus pertinentes que nous connaissions sur le sujet de la LFAM. En tant que chef de produit de LSAM chez Thermwood, il a tout suivi de près : les percées, les revers et les domaines dans lesquels l’industrie a encore du travail.
Le processus de qualification d’un outillage aéronautique produit sur LSAM
Dans les principales applications aéronautiques de LSAM, l’outillage doit malgré tout répondre à des exigences dimensionnelles et thermiques élevées (compensation précise du CTE, étanchéité au vide, résistance aux cycles d’autoclave).
Selon Vaal, « l’obtention d’une qualité constante commence bien avant que l’extrudeuse ne monte en température. Cela commence par la formulation du matériau et le séchage des granulés, puis se poursuit dans le logiciel de tranchage. En LSAM, la gestion thermique est déterminante. Si votre logiciel n’anticipe pas le gradient thermique de la couche inférieure, vous n’obtiendrez pas une bonne adhésion entre couches, un point c’est tout.
Quant à la qualification formelle aujourd’hui : il n’existe pas encore de cadre unique et universellement établi dans l’industrie. Actuellement, chaque grand donneur d’ordre aéronautique définit ses propres critères d’acceptation. Un processus de qualification type se déroule ainsi :
– D’abord, les essais matériaux (vérification de la Tg, analyse du taux de porosité, mesure du CTE).
– Ensuite, l’impression d’un outillage à échelle réduite pour tester l’étanchéité au vide (c’est le Saint Graal), car un outillage qui fuit est inutilisable pour le moulage en autoclave.
– Enfin, l’outillage est soumis à un certain nombre de cycles d’autoclave (par exemple 10 à 50 cycles à 350 °F et 90 psi). Après ces cycles, il est numérisé à l’aide d’une MMT ou d’un laser tracker. Si la dérive dimensionnelle reste dans leurs tolérances strictes et que l’étanchéité au vide est maintenue, l’outillage est qualifié pour la production. »
Qualifier la pièce ne représente toutefois que la moitié de l’équation. La question la plus difficile, sur laquelle l’industrie travaille encore, est celle de la qualification de la machine qui l’a produite, dans un domaine où aucun cadre universellement établi n’existe encore.
Au-delà des pièces : la qualification des systèmes LSAM
En fabrication additive, les pièces, les matériaux, les machines et les procédés de fabrication obéissent chacun à leur propre logique de qualification. La certification, elle, s’applique généralement à la pièce finale, à l’organisation de production ou au procédé de fabrication, dans le cadre d’une réglementation spécifique.
Lorsque l’on observe la LFAM, on constate que les programmes de certification existants ont été construits autour de la fusion sur lit de poudre métallique. Le programme de certification ASTM AM CoE a précisément été créé parce que les normes traditionnelles de management de la qualité, comme l’ISO 9001 et l’AS9100, n’avaient pas été conçues pour traiter les risques et les procédés spécifiques de la fabrication additive.
Cela explique sans doute le vide normatif qui entoure la fabrication additive grand format de composites polymères. Vaal observe :
« Les systèmes de management de la qualité (QMS) traditionnels comme l’ISO 9001 et l’AS9100 sont fortement orientés vers la traçabilité et les procédés de fabrication traditionnels ou soustractifs. Ils n’intègrent pas nativement les variables de l’extrusion de polymères grand format. Même les cadres ASTM développés pour la fusion sur lit de poudre métallique (PBF) se transposent mal à la LFAM.
En LFAM, nous avons affaire à une masse thermique considérable. Des variables telles que le temps de couche, l’environnement ambiant, la température de fusion du polymère et la force de compression mécanique appliquée au cordon (que nous contrôlons chez Thermwood grâce à notre rouleau de compression breveté) déterminent la résistance selon l’axe Z et la porosité de la pièce. Normaliser cette dynamique thermo-fluidique macroscopique exige un tout autre jeu d’indicateurs que la fusion laser de poudres métalliques microscopiques. L’ASTM et d’autres organismes avancent, mais il subsiste un vide que les fabricants de machines et les fournisseurs de matériaux comblent au moyen de normes internes rigoureuses. »
La qualification des procédés dans l’aéronautique suppose généralement de démontrer à la fois la constance du matériau et la répétabilité de la machine, d’une production à l’autre, d’un opérateur à l’autre et dans le temps.
La réponse de Thermwood à cette question prend racine là où peu d’acteurs de la fabrication additive peuvent le faire : dans plus de 50 ans de construction de machines-outils de précision. L’entreprise n’est pas venue à la LFAM par le monde de l’impression 3D. Elle vient de la fabrication de défonceuses CNC de qualité industrielle, et cet héritage façonne toute sa vision de la qualification des procédés. Pour Vaal, il s’agit du même protocole rigoureux que celui appliqué à une défonceuse cinq axes. « La qualification d’installation (IQ) repose sur un protocole classique de machine-outil : calibration laser, compensation volumétrique et mise à niveau afin de garantir que le portique est parfaitement aligné », note-t-il, avant d’ajouter : « Pour la qualification opérationnelle et la qualification de performance (OQ/PQ), nous accompagnons pleinement nos clients ; nous ne nous contentons pas de livrer la machine en leur souhaitant bonne chance.
Nous menons des tests d’acceptation rigoureux en usine (FAT) et sur site (SAT). Cela passe par l’impression de géométries standard afin de vérifier les débits d’extrusion volumétriques, les contrôles thermiques et la cohésion entre couches. Comme nous proposons un système intégré verticalement d’« impression et usinage », la PQ se conclut souvent par l’impression et l’usinage d’un outillage de démonstration dans le matériau haute température choisi par le client (comme le PESU ou le PEI chargés carbone).
Nous démontrons la répétabilité de la machine d’un opérateur à l’autre en livrant un système qui vient de produire avec succès, dans les installations du client, un outillage étanche au vide et dimensionnellement conforme. »
Les parcours de qualification et de certification des pièces LFAM au-delà de l’aéronautique
La LFAM n’est plus une affaire exclusivement aéronautique. Comme nous l’avons observé au JEC 2026, la technologie progresse dans un éventail de secteurs bien plus large, parmi lesquels l’automobile et le sport automobile, le nautisme, l’architecture, le mobilier, et d’autres encore. Chacun avec sa propre logique, sa propre tolérance au risque et sa propre définition du « suffisamment bon ».
Ce qui soulève une question évidente : les parcours de qualification et de certification des pièces LFAM sont-ils radicalement différents selon le secteur ?
Réponse courte de Vaal :
« C’est le jour et la nuit. Prenez le secteur nautique, ou le thermoformage industriel. Lorsque nous imprimons de grands moules ou modèles de coques de bateaux, les exigences thermiques et de pression sont bien plus faibles. Il s’agit souvent de polymérisations à température ambiante ou à basse température.
Dans ces industries, la qualification est très empirique et pragmatique : « L’impression a-t-elle tenu sa forme ? S’est-elle bien usinée ? La pièce finale en fibre de verre ou thermoformée sort-elle du moule avec un bel aspect ? » Si oui, l’outillage est qualifié. Ces secteurs privilégient la rapidité de mise sur le marché, une réduction massive des coûts et une fidélité géométrique de base. L’aéronautique, à l’inverse, exige une traçabilité documentaire approfondie et étayée par des données, prouvant que la chaîne polymère ne s’est pas dégradée et qu’une stabilité dimensionnelle de 0,005 pouce a été maintenue sur une portée de 10 pieds sous 90 psi. »
Comment se différencier dans la liste, non exhaustive, des fabricants de machines LFAM ?
Lorsque Thermwood est entré sur ce marché, seule une poignée d’entreprises proposaient des équipements et des services d’impression 3D de très grand format à partir de granulés de polymères composites renforcés de fibres broyées (FRP). La technologie et le marché ont considérablement mûri depuis. Le secteur compte désormais davantage d’acteurs, dont certains venus des plateformes robotisées et hybrides.
« Au début, le facteur de différenciation était simplement la taille : « Qui peut construire la plus grande imprimante ? » Aujourd’hui, la taille est acquise. La différenciation s’est déplacée vers la fiabilité, l’étanchéité au vide et l’intégration logicielle.
Chez Thermwood, nous nous différencions en étant un véritable constructeur de machines-outils. Nous ne nous contentons pas de monter une extrudeuse au bout d’un bras robotisé. Nous concevons des systèmes rigides à double portique, capables d’imprimer et d’usiner sur la même plateforme. Cette approche intégrée apporte la stabilité, la précision et la répétabilité qu’exige la fabrication additive à l’échelle industrielle. Les systèmes LSAM offrent une constance matière exceptionnelle grâce à notre technologie brevetée Melt Core.
Notre technologie brevetée de rouleau de compression du cordon a démontré qu’elle réduisait les vides entre cordons, améliorait la cohésion entre couches et maximisait l’intégrité latérale d’un cordon à l’autre, autant de facteurs critiques pour les outillages autoclave haute température, où l’étanchéité au vide n’est pas négociable. Vient ensuite le logiciel, facteur souvent invisible derrière la régularité des résultats.
Notre logiciel de tranchage propriétaire LSAM Print3D est conçu spécifiquement pour la plateforme et, associé à la gestion dynamique du Layer Time Control, il maintient en permanence des températures d’impression optimales tout au long du procédé », explique Vaal.
Ce sur quoi Thermwood parie, autrement dit, c’est qu’à mesure que le marché de la LFAM mûrit et se consolide, les entreprises qui tiendront le terrain ne seront pas celles qui auront construit les plus grandes machines, mais celles qui auront construit les plus prévisibles. Le facteur de différenciation, désormais, c’est l’enveloppe de procédé : la capacité à délivrer des résultats répétables et de qualité production, d’un opérateur, d’un site et d’un programme à l’autre, sans traiter chaque pièce comme une expérimentation.
« LSAM est une technologie éprouvée et prête pour la production, qui fait déjà économiser aux entreprises aéronautiques des millions de dollars et des mois de délais. Mon conseil à tout industriel qui s’y intéresse est de collaborer tôt. Réunissez vos fournisseurs de matériaux, vos ingénieurs et votre fabricant de machines autour de la table dès le tout début d’un projet. Lorsque vous alignez la chimie du matériau, la stratégie d’impression et les tolérances d’usinage dès le premier jour, les résultats sont tout simplement révolutionnaires », conclut Vaal.
Ce contenu a été produit en collaboration avec Thermwood.
