La conception en fabrication additive est presque toujours liée à la pièce qu'un ingénieur va modéliser avec le bon outil logiciel. C'est vrai, mais il y a plus. Vous vous souvenez quand nous disions que le véritable succès d'une application dépendait généralement d'un élément sous-estimé : le matériau ? Lorsque nous examinons les matériaux en poudre métalliques et polymères par exemple – qui sont les types de matériaux les plus utilisés en FA -, nous nous rendons compte que seul un petit nombre d'entre eux remplit les conditions requises pour se conformer aux itinéraires des procédés additifs les plus récents. La raison est simple : il existe malheureusement de nombreux matériaux en poudre qui présentent des caractéristiques insuffisantes pour leur mise en œuvre et les propriétés des pièces qui en résultent. Pour remédier à ces limitations, des sociétés comme Dressler Group (DG) ont travaillé dur pour aider les industriels (y compris les producteurs de matériaux et les OEM) à faire le bon choix lorsqu'il s'agit de sélectionner et de concevoir des matériaux en poudre pour la FA.
Pour faire face à ces limitations, ces concepteurs de poudre apportent souvent une expertise multidisciplinaire autour de la table. Dans le cas de Dressler Group, l'expertise de la société en matière de broyage et de finition a été déterminante pour conseiller les fabricants de toutes les industries. Fondée en 1978, l'entreprise familiale a toujours été active dans la recherche et le développement. Au fil des ans, l'entreprise a constitué un portefeuille de services comprenant tous les types de meulage et une logistique complète de stockage, d'emballage et d'expédition. L'entreprise peut réaliser des broyages d'essai allant de quelques grammes à de grandes quantités spécifiées individuellement, avec une reproductibilité absolue et une production en flux tendu.
En 2015, DG a décidé d'étendre ses activités à l'industrie de la FA. Après quelques projets pilotes en 2016, son aventure prend un tournant décisif lorsqu'elle rejoint la plateforme de matériaux ouverte de HP en tant que développeur de matériaux clé.
Cela dit, DG s'est toujours concentrée sur les plastiques. Cette focalisation sur les plastiques est tout à fait compréhensible quand on voit leur utilisation massive dans la fabrication additive, toutes technologies confondues. Jan Dressler, CEO du Dressler Group, fait remarquer ce qui suit : « la majorité des systèmes industriels sont configurés pour travailler avec des plastiques, et les plastiques continuent d'être traités dans des volumes plus importants que les métaux ». Le CEO ne nie pas l'importance des métaux dans certaines industries (et applications) comme l'aérospatiale, mais souligne la tendance croissante à explorer les plastiques dans les applications de remplacement du métal :
« L'impression 3D [peut avoir] un impact beaucoup plus spectaculaire dans l'ingénierie aérospatiale par rapport aux applications plastiques pour le secteur du style de vie, comme la fabrication de chaussures », mais [l'intérêt pour les plastiques croît encore plus pour réduire le poids. « Des tentatives sont faites pour remplacer les métaux par des plastiques dans des industries comme l'aérospatiale, la construction automobile et la robotique. Dans de nombreux cas, des matériaux à haute performance tels que le PEEK et le PEKK peuvent remplacer l'aluminium », ajoute Dressler.
Un autre avantage que je vois, lorsque je pense aux polymères, c'est qu'ils offrent d'excellentes possibilités de fabrication "sur mesure", grâce à la diversité de leur structure moléculaire, et à la rentabilité des matériaux de base et des procédés de production. D'une certaine manière, cela pousse à explorer la production sur mesure de pièces techniquement sophistiquées pour l'automobile ou d'autres industries exigeantes, mais la gamme actuellement disponible de matériaux de base, sans parler de leurs modifications, est encore limitée – surtout quand il faut prendre en compte leur traitement par des procédés de FA basés sur le laser. Le PP et le TPU restent par exemple deux des plastiques les plus couramment utilisés dans les technologies de FA basées sur des procédés à lit de poudre.
« Ils se classent comme bons à très bons en termes de transformabilité », souligne notre invité dans cette Opinion de la Semaine. « Les plastiques techniques sont déjà bien adaptés à la manipulation d'un large éventail de procédés de FA sur lit de poudre. Cependant, les plastiques de base et à haute performance présentent encore un grand potentiel. Ici, l'utilisation de plastiques de base moins chers est importante afin de réduire les coûts des composants et de les aligner sur ce qui est considéré comme compétitif dans les processus de fabrication classiques. »
Dressler rappelle que son entreprise a été la première à broyer le TPU à un niveau de qualité adapté à la FA. Même s’ils sont parvenus à faire de même avec le polypropylène (PP), Dressler attire l'attention sur le fait que, lorsqu'il s'agit de sélectionner et de concevoir des matériaux, d'autres facteurs entrent désormais en ligne de compte dans les processus décisionnels, notamment "la durabilité, la recyclabilité, les bioplastiques, etc.".
Toutefois, s'il est logique de prendre en considération ces facteurs compte tenu des questions les plus pressantes liées au changement climatique, n'oublions pas que les parties prenantes les plus touchées (les producteurs de matériaux) dans ce débat doivent rester rentables. Dans la FA en particulier, l'industrialisation conduit généralement à la rentabilité. La question à un million de dollars dans cette équation est donc : les matériaux recyclés (et leurs dérivés) peuvent-ils conduire à l'industrialisation ?
Dressler tente d'apporter une réponse : « À notre avis, dans l'ensemble, les matériaux recyclés conviennent aux applications industrielles exigeantes. Cependant, ils ne sont pas encore aussi performants que le serait une matière première "vierge". Pour donner un exemple, nous savons qu'en utilisant le polyamide 12 dans le frittage laser, le matériau vieillit considérablement pendant le processus. Ce qui arrive au matériau et à la poudre est très complexe [mais c'est un autre sujet]. Cependant, ce que nous pouvons dire, c'est que dans le processus de construction d'un bâtiment moyen, environ 10 à 20 % des matériaux utilisés sont transformés en composants. Une autre tranche de 25 à 40 % de la poudre est moins sollicitée thermiquement et peut donc normalement être réutilisée sans problème. Le reste est si fortement sollicité qu'il doit être rafraîchi avec la même quantité de poudre neuve avant de pouvoir être recyclé. D'autres matériaux, comme le PP, sont intrinsèquement moins sensibles au vieillissement, mais les polyamides remplis (remplis à l'aide de matériaux de renforcement) sont encore plus sensibles que les polyamides non renforcés.
Cependant, beaucoup de choses se passent actuellement dans ce domaine. Par exemple, une nouvelle approche en matière de technologie des procédés devrait permettre à l'avenir de combiner 80% de matériaux réutilisés avec 20% de matériaux neufs, avec une perte de qualité tolérable.
Le recyclage deviendra toutefois de plus en plus courant à l'avenir, simplement en raison des réglementations environnementales plus strictes et de la pression des coûts, même dans les applications de haute technologie. »
Répondre aux besoins actuels dès maintenant, avec les bons outils.
En six ans d'activités dans le secteur de la FA, DG a évolué plus ou moins loin de la presse spécialisée, en mode furtif – une stratégie juste pour toutes les entreprises qui cherchent à démontrer de manière adéquate la preuve de leur concept. Le broyage est peut-être toujours au cœur de ses activités de FA, mais je pense que la société crée le plus de valeur avec des solutions holistiques "plug and play" qui offrent une qualité de lot à lot sans faille grâce à leur "conception en poudre". C'est de toute façon ainsi que fonctionne l'activité de FA.
« Lorsqu'on fabrique à l'échelle industrielle, il est essentiel d'avoir une grande constance d'un lot à l'autre. Nous fixons des normes élevées à cet égard, notamment pour nous-mêmes. Au fil des ans, nous avons documenté nos méthodes et nos processus afin qu'ils puissent être reproduits à tout moment. En outre, nos techniques de broyage sont économes en énergie et tiennent également compte de facteurs tels que la production d'un minimum de poussière, la nécessité d'un traitement ultérieur très limité, etc.
Afin d'éviter les rejets en production, les matériaux difficiles à traiter sont tout aussi importants pour nous en tant que fabricant de poudre que pour l'utilisateur final. Un défi majeur à l'avenir sera la conservation des ressources en réduisant l'utilisation de l'énergie, en évitant les déchets, ainsi que la refabrication et l'utilisation plus intensive des matériaux et des matières auxiliaires », souligne Dressler.
Le concepteur de poudres et partenaire de systèmes à long terme peut être reconnu comme "l'autorité en matière de broyage" ; néanmoins, à l'avenir, l'entreprise ambitionne de gagner la même réputation pour les mégatendances comme l'optimisation de l'économie circulaire par exemple.
« À nos yeux, la durabilité environnementale présente également un énorme potentiel économique pour la qualité des poudres et des procédés de transformation, grâce au développement de nouveaux matériaux et procédés de construction, par exemple. Nos poudres doivent offrir une réelle valeur ajoutée non seulement à nos clients, mais aussi à leurs clients », conclut le CEO.
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