Des chercheurs de l’Oak Ridge National Laboratory du ministère de l’énergie ont récemment réussi à produire de grandes aubes de turbines à vapeur rotatives destinées à produire de l’énergie dans les centrales électriques.
Dirigée par le partenaire Siemens Technology, le centre américain de recherche et de développement de Siemens AG, l’équipe du projet a eu recours à la fabrication additive par arc électrique.
Ces pièces étaient traditionnellement fabriquées dans des installations de moulage et de forgeage qui, pour la plupart, ont été délocalisées à l’étranger.
« On se rend compte aujourd’hui que la chaîne d’approvisionnement nationale ne nous permet pas d’obtenir des pièces moulées et forgées de faible volume, dépassant 100 ou 200 livres« , a déclaré Michael Kirka, responsable de la recherche et du groupe Science et technologie des dépôts à l’ORNL. « Cela nous a mis dans une position intenable, d’autant plus que nous voyons comment les conflits internationaux ont affecté le mouvement international des fournitures essentielles.
« Lorsque la recherche sur l’arc électrique de Siemens a commencé en 2019, elle s’est concentrée sur la réparation des composants. Cependant, le champ d’application s’est élargi pendant la pandémie COVID-19, lorsque l’attente pour de nouvelles pales de turbine à vapeur coulées s’est prolongée jusqu’à deux ans. Le projet s’est ensuite élargi à l’impression de pièces de rechange entières, car ces types de turbines sont suffisamment polyvalents pour être utilisés dans des centrales à gaz, à charbon et nucléaires”, a expliqué Kirka.
Pourquoi la fabrication additive par arc électrique ?
Comme vous le savez peut-être, la WAAM est basée sur la technologie du soudage et est reconnue pour la réparation de pièces existantes.
Selon l’expert, même si la fabrication additive par arc électrique est une technologie d’impression 3D de premier plan, elle n’avait jamais été utilisée auparavant pour fabriquer un composant rotatif de cette taille. Les pales de turbines ne présentent généralement pas de surfaces parallèles ou perpendiculaires. Leurs courbes se rétrécissent vers l’extrémité. « Pouvoir imprimer et finir quelque chose sans caractéristiques de localisation est un défi« , a-t-il déclaré. En outre, les pièces plus lourdes de cette taille refroidissent plus lentement, ce qui rend plus sensibles la vitesse et l’ordre de dépôt des couches.
Les complexités cachées de la fabrication additive arc-fil.
Cette technologie est idéale pour les pièces de plus de 11 kg. L’ORNL a pu imprimer la lame en 12 heures. Avec l’usinage, la lame a été terminée en deux semaines.
“L’un des principaux avantages de l’impression 3D est qu’elle libère les entreprises de leur dépendance à l’égard d’outils de fabrication spécifiques qu’elles ne contrôlent pas, tels que les moules fabriqués par une seule entreprise de fonderie pour une conception unique. De nombreux composants à grande échelle des turbines actuelles datent de plusieurs décennies, mais en raison des fermetures et des délocalisations de l’industrie, les outils qui les créaient ont effectivement disparu”, a déclaré Kirka. L’impression 3D offre une alternative plus fiable car elle permet de reproduire n’importe quelle conception.
Avec de telles plaques de turbine imprimées en 3D, les utilisateurs finaux comme Siemens Energy, une société sœur de Siemens qui est également partenaire du projet, pourraient facilement entretenir et mettre à niveau l’équipement dans le cadre de contrats de service avec les compagnies d’électricité.
L’aube de la turbine à vapeur a été imprimée dans l’installation de démonstration de fabrication du DOE. Le MDF, soutenu par le bureau des matériaux avancés et des technologies de fabrication du DOE, est un consortium national de collaborateurs travaillant avec l’ORNL pour innover, inspirer et catalyser la transformation de l’industrie manufacturière américaine.
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