Focus publié initialement dans le numéro de septembre/octobre 2021 de 3D ADEPT Mag, en collaboration avec Guaranteed. Les fonctions, capacités et cas présentés se rapportent à cette période.
Une fois que vous avez décidé d’emprunter la voie de la fabrication additive métal (FA), l’étape suivante est tout aussi importante. Si le “ratio qualité-prix” est souvent le critère le plus analysé, la vérité est que la collaboration avec un fournisseur de solutions doit aller au-delà de cet argument important. En effet, non seulement le marché est rempli d’entreprises proposant des services de FA, mais la confusion peut rapidement surgir lorsqu’on se rend compte qu’il existe également un large éventail de technologies de FA métal. Quels sont les critères à utiliser pour privilégier une technologie plutôt qu’une autre ? Et surtout, comment devriez-vous/envisagez-vous l’avenir de votre production avec cette solution de FA métal ?
La fabrication additive métal s’est développée au-delà du prototypage, avec des applications de production notamment dans le médical, l’aérospatiale et l’automobile. Son intérêt dépend du type de pièce et du procédé choisi.
La taille des pièces impose des contraintes de volume de fabrication, de productivité et de coût. Les procédés utilisant de la poudre ne se limitent cependant pas aux petites pièces : il faut distinguer la fusion sur lit de poudre du dépôt sous énergie dirigée, qui peut utiliser du fil ou de la poudre.
Choisir un procédé adapté aux grandes pièces
Dans le pétrole et le gaz, le maritime, l’énergie, le transport ou l’industrie lourde, certaines grandes pièces sont moulées ou forgées en acier, en alliages à base de nickel ou en titane. Une géométrie complexe, un faible volume ou de longs délais d’approvisionnement peuvent conduire à comparer ces voies avec la fabrication additive.
Toutes ces contraintes conduisent souvent les fabricants à explorer les procédés de fabrication qui pourraient le mieux répondre à ces exigences.
« La combinaison de la taille des composants et de leur complexité fonctionnelle constitue un argument convaincant en faveur des procédés DED à base de fil (CMT et plasma) proposés par Guaranteed en tant que service de fabrication à guichet unique, car ils permettent de produire des pièces de 10 x 5 x 6 mètres et jusqu’à 20 tonnes dans des délais courts et à un coût compétitif. Actuellement, la base de données des matériaux est déjà bien remplie (acier, inox, Inconel, titane, aluminium, bronze…), mais elle peut facilement être étendue à la demande de nos clients », commente Joachim Antonissen, CEO de Guaranteed.
Ces dimensions et ce tonnage sont les capacités annoncées par Guaranteed dans cet entretien. Le WAAM désigne ici le dépôt de fil fondu par un arc électrique ; le CMT et le plasma constituent des approches proposées par le fournisseur.
Le coût et la disponibilité du fil peuvent favoriser certains projets de WAAM. Une forte densité ne dispense toutefois pas automatiquement de compression isostatique à chaud ou d’autres post-traitements : la gamme doit répondre au matériau, aux propriétés recherchées et à la qualification de la pièce.
Le dépôt sur un composant existant peut permettre une fabrication hybride ou une réparation localisée. Les économies potentielles de matière, de transport et de stockage doivent être comparées aux opérations de préparation, de contrôle et de finition nécessaires.
Intégrer la qualification dès le départ
Les exigences de service et de certification font partie de l’analyse économique. La maîtrise de la qualité peut limiter les reprises et les rebuts, mais elle nécessite elle-même des procédures, des essais et des contrôles.
Guaranteed présente son logiciel de contrôle comme un moyen de réduire les essais successifs et de mieux maîtriser le procédé. Le fournisseur indique participer à des travaux de qualification pour les secteurs pétrolier, gazier, maritime, ferroviaire et minier. Les exigences dépendent du composant et du référentiel applicable. Les recherches évoquées sur la vitesse de dépôt et les propriétés mécaniques sont des objectifs de développement, et non la démonstration d’une supériorité générale sur les pièces forgées.
« Nés de l’innovation, nous utilisons des outils uniques de simulation, de surveillance et d’inspection à la pointe de la technologie pour garantir une production zéro défaut dès la première fois. Ayant grandi dans l’industrie, nous garantissons une fiabilité industrielle à guichet unique », déclare Sander Plasschaert, directeur technique de Guaranteed.
Cette formulation exprime l’engagement commercial du fournisseur ; elle ne remplace pas la qualification du procédé et les critères d’acceptation de la pièce.
La meilleure pièce de rechange est-elle virtuelle ?
Comme les usines fonctionnent dans des environnements de plus en plus difficiles, il y a une plus grande probabilité que des pièces essentielles tombent en panne, deviennent obsolètes en raison de changements technologiques ou de modifications des normes, ou soient retirées de la production avant leur fin de vie. Les petites séries et les cycles de vie courts des pièces par rapport aux usines représentent un défi pour la gestion des stocks et renforcent encore l’argument en faveur du déploiement de la FA métal de grande taille.
Les stocks de pièces rarement commandées immobilisent des ressources et peuvent devenir obsolètes. Pour certaines références, la production à la demande peut réduire ce besoin. Un inventaire numérique exige néanmoins des fichiers qualifiés, les droits d’utilisation correspondants et une capacité de production disponible dans les délais requis.
Le bénéfice doit être chiffré à partir du coût réel des pièces, de leur taux de rotation, de la criticité des équipements et des délais de remplacement. La fabrication à la demande ne permet pas de supprimer tous les stocks.
En 2021, Guaranteed indiquait participer à des écosystèmes d’entrepôts numériques dans le pétrole et le gaz, le ferroviaire et le maritime.
« La FA soutient nos opérations en réduisant les délais de livraison, car elle permet d’acheter des pièces juste à temps et non plus par précaution. La méthode traditionnelle d’achat de pièces de rechange au moment de l’installation d’un nouvel équipement peut ne plus être nécessaire si nous pouvons imprimer les pièces avec une qualité identique ou supérieure. Les pièces de rechange stockées dans un entrepôt nécessitent un stockage et une conservation appropriés, ce qui a un coût et n’offre pas de souplesse lorsque les conditions d’exploitation changent et que les pièces de rechange d’origine ne sont plus adaptées. Nous pensons que l’impression de pièces de rechange juste à temps permet de réduire les coûts d’approvisionnement de pièces spécifiques, notamment celles qui sont essentielles aux opérations commerciales », souligne A. Goh, de Shell.
Valoriser l’avenir, moderniser le passé
Le vieillissement des installations peut rendre difficile le remplacement d’une pièce devenue obsolète ou soumise à de nouvelles exigences. L’enjeu est de rétablir une fonction conforme, en limitant l’immobilisation de l’équipement.
Guaranteed propose de reproduire, réparer ou remettre à neuf des pièces, y compris à l’unité. Toute modification de conception ou de matériau doit être justifiée et validée pour l’usage prévu ; une amélioration de durée de vie ne peut être présumée pour toutes les réparations.
Pour certaines pièces difficiles à déplacer, Guaranteed présentait aussi en 2021 un service mobile de réparation additive WAAM. Sa faisabilité dépend des conditions d’intervention, du matériau et des contrôles réalisables sur place.
Évaluer les économies de ressources
Réparer une pièce ou la produire plus près de son lieu d’utilisation peut limiter certains besoins de matière et de transport. Le bénéfice environnemental dépend toutefois de l’énergie, des consommables, des traitements et de la durée de vie obtenue, pour une fonction équivalente.
« La FA et les bibliothèques de pièces numériques permettront de réaliser des économies en réduisant les volumes d’inventaire et en réduisant les coûts et les risques liés à la fin de vie et à l’obsolescence. Alors qu’Equinor s’oriente vers le zéro carbone et accroît sa présence dans le secteur des énergies renouvelables, la réduction de l’impact environnemental de la production d’équipements et du transport de pièces dans la chaîne d’approvisionnement deviendra de plus en plus importante », ajoute Brede Laerum – Equinor.
Guaranteed faisait état d’une analyse comparative du cycle de vie menée avec l’Université de Cranfield et WAAM3D. Les illustrations présentent ses estimations pour des cas de production, de réparation et de remise à neuf. Le périmètre complet et les données de cette étude n’étant pas fournis dans ce Focus, ces résultats ne peuvent pas être généralisés à toutes les pièces ou installations.
Le fournisseur mentionnait également un financement par un fonds Booster de l’Institut européen d’innovation et de technologie. Cet accompagnement ne constitue pas, à lui seul, une validation indépendante de toutes les performances annoncées.
Comparer les options, cas par cas
Guaranteed explique examiner avec ses clients les options de réparation, de remise à neuf ou de fabrication à la demande. Selon le cas, les gains recherchés concernent le remplacement de pièces obsolètes, les stocks ou le fonds de roulement. Ils doivent être confrontés aux coûts de qualification et aux contraintes d’exploitation.
Le choix d’un prestataire doit donc combiner capacité de fabrication, maîtrise de la qualité, délais et analyse économique et environnementale documentée. Les exemples de Guaranteed illustrent cette démarche pour ses applications de WAAM.
Ce contenu a été créé en collaboration avec Guaranteed.
Initialement publié dans le numéro de Septembre-Octobre 2021 de 3D ADEPT Mag
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