Rencontre avec David Leigh, CTO de 3D Systems : « à la limite de ce qui peut ou ne peut pas être fait ».

Vous pouvez passer plus d’une décennie dans ce secteur, rencontrer les mêmes personnes encore et encore, entendre parler d’autres personnes plusieurs fois, et pourtant, lorsque vous les voyez dans la vie réelle, et que vous avez votre première conversation avec eux, vous terminez cette conversation en vous demandant : pourquoi est-ce que nous nous rencontrons seulement maintenant ? Eh bien, c’est ce que je me suis demandé lorsque j’ai rencontré Dr. David Leigh.

Leigh occupe le poste de directeur technique (CTO) de 3D Systems, un géant de la FA que nous ne devrions plus présenter, selon moi. Il apporte plus de trois décennies d’expérience dans l’industrie de la FA, passées dans certaines des meilleures entreprises du secteur. C’est aussi un entrepreneur dont la société – Harvest Technologies, une entreprise qui fournit des applications de pièces d’utilisation finale dans l’aérospatiale – a été rachetée par Stratasys en 2014.

On peut appeler cela une coïncidence, mais le sentiment que j’ai eu, à la fin de ma conversation avec Leigh, est aussi probablement dû au fait que nous avons surtout parlé de matériaux. J’aime parler de matériaux. Lorsque j’étais encore dans la peau d’un utilisateur final inexpérimenté en matière d’impression 3D, ce que j’aimais le plus dans les pièces imprimées en 3D, c’était de les toucher et de sentir les différences en termes de finition que l’on pouvait obtenir avec différents types de matériaux. J’étais fasciné par la capacité d’un processus de FA à transformer un matériau – qu’il s’agisse d’un liquide, d’une poudre, d’un granulé ou d’un filament. Je le suis toujours, mais avec l’expérience, j’ai tendance à tout questionner.

Au fil du temps, j’ai parlé à des gens, beaucoup de gens ; je suis allé dans des usines, j’ai exploré des choses et j’ai tiré de nombreuses leçons. L’une d’elles est que le défi actuel du développement des matériaux d’impression 3D réside dans la capacité à offrir des propriétés similaires ou supérieures à celles des matériaux créés pour le moulage par injection ou d’autres processus de fabrication traditionnels. Si vous êtes un ingénieur et que vous lisez ces lignes, ce n’est pas une surprise pour vous.

Cependant, ce qui peut susciter votre intérêt, c’est que, contrairement à de nombreux matériaux de FA qui sont développés et finalement exploités pour des applications de prototypage, l’équipe de 3D Systems se concentre actuellement sur le développement de matériaux susceptibles de permettre des applications finales dans des industries exigeantes, notamment dans le domaine de la FA métal.

Je suis prête à faire confiance à leur capacité à répondre à ces exigences strictes dans le domaine de la FA métal lorsque je regarde les derniers développements de matériaux réalisés pour la ligne de production DMP – une série de processus de fabrication hybrides co-développés avec le fabricant suisse de machines GF Machining Solutions. Au-delà du choix de GFMS comme partenaire technologique, il s’agit pour moi de réunir le meilleur des processus de fabrication additive et traditionnels au sein d’une même plateforme – dans un contexte où la FA est souvent sous-estimée et où la fabrication traditionnelle n’est plus assez « tendance » -.

Les deux partenaires ont donc développé ensemble le Certified HX, un alliage de nickel haute performance qui contient un pourcentage plus élevé de molybdène (jusqu’à 9,5 %) par rapport aux autres alliages de nickel. Ce pourcentage permet d’améliorer la solidité du matériau et sa résistance à la corrosion, à la déformation par fluage, à la fissuration et à l’oxydation dans les environnements de zones chaudes. Idéal pour les applications dont la température de service peut atteindre 1 200 °C, ce matériau offre une qualité et une densité supérieures des pièces imprimées (généralement 99,9 %). Parmi les applications qu’il permet de réaliser, citons les pièces hautes et grandes avec des canaux de refroidissement et d’écoulement intégrés et orientés de manière optimale pour les secteurs de l’énergie, des turbines à gaz industrielles (IGT), de la pétrochimie, de l’aérospatiale et de la défense, ainsi que des applications telles que les aubes de stator en zone chaude et les stators intégrés, les roues, les aubes de turbine, les outils de forage et les composants de combustion.

Ce matériau vient en même temps qu’un autre : le CuCr2.4 certifié. Cet alliage de cuivre à haute résistance et résistant à la corrosion permettrait d’obtenir une densité supérieure des pièces (généralement 99,9 %) et une conductivité élevée après traitement thermique. Il permet des applications dans la gestion de la chaleur et les systèmes de refroidissement, les biens de consommation, l’automobile, ainsi que les industries aérospatiales et de défense.

Les deux matériaux peuvent être utilisés sur les imprimantes 3D DMP Flex 350 et DMP Factory 350. HX est également certifié pour le système DMP Factory 500.

« Être capable de réaliser des applications de prototypage est un bon pas en avant pour la FA, mais réaliser des pièces d’utilisation finale est encore mieux. C’est la raison pour laquelle nous nous concentrons sur les applications. Dans le domaine de la FA des métaux en particulier, plusieurs éléments requièrent l’attention du fabricant : le processus de fabrication lui-même, les solutions logicielles et la poudre. En ce qui concerne la poudre, il est crucial] de faire correspondre le matériau à une application spécifique. La difficulté réside souvent dans le traitement du matériau pour obtenir la bonne application. C’est pourquoi nous trouvons de l’intérêt à relever ces défis simultanément. Nous repoussons les limites des alliages, des paramètres de traitement, etc. afin d’obtenir la combinaison parfaite pour les applications difficiles à réaliser », explique Leigh.

Alors, qu’est-ce qui est vraiment difficile dans le développement de matériaux certifiés pour des imprimantes 3D spécifiques comme la ligne de production DMP ?

« L’oxydation », répond Leigh, sans hésiter. « Que l’on parle de titane, d’aluminium, de cuivre, de nickel… ces matériaux ont tous les mêmes problèmes. » Selon Leigh, les matériaux conçus pour des applications dans des environnements corrosifs doivent offrir une bonne résistance au fluage ainsi qu’une résistance à la corrosion à haute température. L’oxydation de surface des poudres métalliques peut affecter de manière significative leur comportement de fusion et de solidification et limiter leur durée de vie dans le processus de fabrication additive (AM). Le défi réside donc dans la capacité à trouver la bonne température à laquelle elles doivent fondre.

Par ailleurs, l’oxydation ou les défauts de surface métallurgiques survenant lors du traitement de FA ne sont pas les seuls défis susceptibles de ralentir l’adoption d’un matériau donné sur un procédé de FA spécifique. L’insuffisance des procédures de qualification et de certification (Q&C) et des normes mondialement acceptées, ainsi que les difficultés liées aux essais et à la vérification mécaniques de ces alliages peuvent également entrer en jeu. Il s’agit aussi d’évoluer « à la limite de ce qui peut ou ne peut pas être fait », note le directeur technique.

Et cette évolution trouve-t-elle un équilibre avec la durabilité ?

Alors que notre conversation devenait de plus en plus détendue, j’ai essayé d’explorer des sujets délicats. Je sais que les équipementiers peuvent être fortement tentés de déployer des solutions transformatrices pour les industries verticales adoptant la FA, alors qu’en fin de compte, ces dernières pourraient simplement avoir besoin de solutions durables. Et au niveau des matériaux, « il y a beaucoup d’éléments constitutifs qui entrent dans la durabilité », m’a dit le directeur technique de 3D Systems. Ces éléments de base exigent de choisir le bon matériau, d’en utiliser le moins possible (pour les grandes pièces, par exemple, se rapprocher de la forme vous permettra d’économiser du matériau) et de recycler le matériau. « À long terme, nous commencerons à envisager le cercle complet. Ce que nous devrons faire, c’est rechercher des matériaux que nous pourrons substituer », poursuit-il.

3D Systems s’est embarqué dans un long voyage qu’il faudra suivre de près. Par ailleurs, nous parlons beaucoup de la durabilité du point de vue des produits et de la planète – (rappelez-vous l’édition de septembre/octobre de 3D ADEPT Mag), parce que c’est facile à justifier avec les méthodes d’analyses de cycle de vie, mais n’oublions pas que la durabilité concerne aussi les personnes – Et leur environnement de travail, leurs compétences et leur capacité à répondre aux demandes des clients sont autant de choses qui comptent aussi et auxquelles il faut s’intéresser.

Nous avons peut-être discuté principalement des matériaux de FA, mais les responsabilités de Leigh chez 3D Systems vont au-delà du domaine des matériaux et englobent également le développement de solutions qui créent de nouvelles opportunités dans la médecine régénérative et les technologies de bio-impression. Dans cet ordre d’idées, si vous avez suivi les activités de l’entreprise dans ce domaine, vous vous êtes probablement rendu compte qu’elle tire parti de son expertise de longue date en matière de FA pour investir dans ce domaine. De la création d’une nouvelle société de bio-impression au développement d’un échafaudage pulmonaire humain imprimé en 3D, en passant par les bio-imprimantes 3D, 3D Systems met en œuvre des ressources qui permettent de combler le fossé entre les idées préconçues quelque peu erronées sur le sujet et ce qui peut réellement être fait avec la bio-impression 3D.

Vous pouvez lire ce dossier : Les différents chemins qui mènent à une bio-impression 3D efficace (page 15).

Enfin, si on considère les applications existantes réalisées dans différents secteurs, on peut dire que les solutions technologiques de 3D Systems sont prêtes à tenir les promesses de la FA, notamment dans l’aérospatiale et l’espace. « Nous ne mesurons pas [les résultats] en fonction de la quantité d’argent dépensé, mais en fonction de la quantité d’argent gagné.  Nous n’avons pas à concurrencer le moulage par injection, nous pouvons simplement le remplacer par la FA », conclut Leigh.

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